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소개

에어로젤은 세계에서 밀도가 가장 낮은 고체 물질이다. 밀도는 3kg/ m3 입니다. 흔히 볼 수 있는 에어로젤은 실리콘 에어로젤로 미국 과학자 키슬러가 193 1 년에 처음 만들었다. 에어로젤은 실리콘, 탄소, 황, 금속 산화물, 금속 등 여러 가지가 있다. 에어로젤은 조합어이다. 여기서 aero 는 형용사로 비행을 의미하고, gel 은 분명히 젤이다. 글자 그대로 날 수 있는 젤을 뜻한다. 어떤 물질의 젤이라도 건조해서 내부 용제를 제거할 수 있다면, 모양은 기본적으로 변하지 않고, 제품 다공성이 높고 밀도가 낮으면 에어로젤이라고 할 수 있다.

밀도가 매우 낮기 때문에 현재 가장 가벼운 실리카 젤은 입방센티미터당 0. 16 mg 로 공기의 밀도보다 약간 낮기 때문에' 냉동 연기' 또는' 파란 연기' 라고도 불린다. 내부의 입자는 매우 작기 때문에 (나노급), 가시광선은 그것을 통과할 때 산란 (레일리 산란) 이 비교적 적다. 마치 태양광이 공기를 통과하는 것과 같다. 그래서 하늘처럼 파랗게 보이는데 (다른 것을 섞지 않았다면), 보기만 해도 좀 빨갛다. 하늘은 파란색이고 저녁 하늘은 빨간색이다. 에어로젤의 80% 이상이 공기이기 때문에 단열 효과가 매우 좋다. 1 인치 두께의 에어로젤은 일반 유리 20 ~ 30 개에 해당한다. 에어로젤이 장미와 화염 사이에 놓여져도 장미는 온전하게 유지된다. 에어 젤은 러시아의' 평화' 호 우주 정거장과 미국의 화성 탐사자 호와 같은 우주 탐사에도 사용된다. 에어로젤은 입자 물리 실험에서 체렌코프 효과의 탐지기로도 사용된다. 고에너지 가속기 연구기관인 B 개자 공장에 위치한 벨 실험 탐사선 중 하나인 에어젤 Cherenkov Counter (ACC) 라는 입자 감별기가 최신 응용 사례다. 이 탐지기는 액체와 가스 사이의 낮은 굴절률과 높은 투과율과 고체를 이용하여 기존의 저온 액체나 고압 공기를 사용하는 방법보다 낫다. 동시에, 그것의 경량화도 장점 중 하나이다.

특징

에어로젤은 세계에서 가장 가벼운 고체로 기네스북에 뽑혔다. 이 신소재의 밀도는 입방미터당 3.55kg 으로 공기의 2.75 배에 불과하다. 말린 소나무 (입방미터당 500kg) 의 밀도는 그것의 140 배이다. 이 물질은 굳은 연기처럼 보이지만 그 성분은 유리와 비슷하다. 밀도가 매우 낮기 때문에, 우주 왕복선에 매우 적합하다.

미국 항공우주국 제트추진연구소, 존스 박사는 그곳에서 신형 에어로젤을 개발했는데, 주로 순수 실리카로 구성되어 있다. 제조 과정에서 먼저 액체 실리콘 화합물을 빠르게 증발할 수 있는 액체 용제와 혼합하여 젤을 만든 다음 고압솥과 같은 기구에서 젤을 건조시켜 가열하고 감압하여 다공성 해면형 구조를 형성한다. 존스 박사가 결국 얻은 에어 젤의 공기 비율은 99.8% 였다.

에어 젤은 반투명한 색상과 초경량의 무게로 인해' 고체 연기' 또는' 냉동연기' 라고도 불린다. 이 신소재는 약해 보이지만 실제로는 내구성이 뛰어나 1400 도의 최고 온도를 견딜 수 있다. 에어로젤의 이러한 특성은 우주 탐사에 많은 용도가 있다. 에어로젤 소재는 러시아의' 평화' 호 우주 정거장과 미국의 화성 탐사자 번호에 사용된다.

미국항공우주국이 개발한 신형 에어로젤은 밀도가 입방 센티미터당 3 밀리그램에 불과하며 기네스북에서' 세계에서 밀도가 가장 낮은 고체' 로 공식 선정됐다.

이 젤은 반투명한 연한 파란색으로 무게가 매우 가볍기 때문에 사람들은 이를' 고체 연기' 라고 부른다. 이런 신형 에어로젤은 미국 항공우주국 제트추진연구소의 재료과학자 스티븐 존스 박사가 개발했다. 그것의 주성분은 유리와 비슷한 이산화 실리콘이지만 공기의 99.8% 이기 때문에 밀도는 유리의 천분의 1 에 불과하다.

에어로젤은 "깨지기 쉬운" 것처럼 보이지만 실제로 매우 내구성이 있습니다. 그것은 자신의 질량의 수천 배를 견딜 수 있으며 온도가 섭씨 1200 도에 도달할 때까지 녹지 않는다. 또한 열전도도와 굴절률도 매우 낮으며, 절연 능력은 최고의 유리 섬유보다 39 배 강합니다. 이러한 특성으로 인해 에어 젤은 우주 탐사에서 대체할 수 없는 재료가 되었으며 러시아의' 평화' 호 우주 정거장과 미국의' 화성 탐사자' 호 탐사선에서 단열에 사용되었다.

에어로젤은 우주에서 이것보다 훨씬 더 많이 사용된다. 미국 항공우주국의 별진호 우주선이 우주에서 매우 중요한 임무인 혜성 알갱이를 수집하고 있다. 과학자들은 혜성 입자에는 태양계에서 가장 원시적이고 오래된 물질이 들어 있다고 생각하는데, 이를 연구하면 태양과 행성의 역사를 더 잘 이해할 수 있다. 2006 년에 별진호 우주선은 인류가 획득한 첫 번째 별진 혜성 샘플을 가지고 지구로 돌아올 것이다.

그러나 혜성 먼지를 모으는 것은 쉽지 않다. 소총 총알보다 6 배 빠르다. 모래보다 작지만, 이렇게 높은 속도로 다른 물질에 닿으면 물리적, 화학적 성분이 바뀌거나 완전히 증발할 수 있다. 지금 과학자들이 에어 젤을 갖게 되면 문제는 매우 간단해진다. 그것은 매우 부드러운 야구 글러브처럼' 별진' 혜성의 속도를 부드럽게 낮춰 자신의 길이의 200 배에 달하는 거리를 활주한 후 천천히 멈추게 한다. 에어로젤 장갑에 들어가면 별가루가 당근 모양의 궤적을 남깁니다. 에어로젤은 거의 투명하기 때문에 과학자들은 궤적에 따라 이 입자들을 쉽게 찾을 수 있다.

사용

1, 프랙탈 구조를 연구하고 있습니다. 구조 조절이 가능한 나노 다공성 재료로서 실리콘 젤의 표관 밀도는 잣대 크기에 크게 좌우된다. 일정 규모 범위 내에서 밀도는 변하지 않는 경향이 있습니다. 즉, 밀도가 증가하면 밀도가 줄어들고 자체 유사 구조가 있습니다. 에어 젤의 구조적 프랙털 구조 역학 연구에 따르면 서로 다른 스케일 범위 내에 세 가지 분산 관계가 현저하게 다른 발생 영역이 있으며 각각 포논, 프랙털 및 입자 모드의 자극에 해당합니다. 에어 젤의 제비 조건을 변경하여 두 수량급 내에서 관련 길이를 변경할 수 있습니다. 따라서, 이산화 실리콘 젤은 프랙탈 구조와 그 역학 행동을 연구하는 가장 좋은 재료가 되었다.

"863" 하이테크 레이저 연구에서. 나노 다공성 물질은 중요한 응용 가치를 가지고 있습니다. 예를 들어 임계 밀도가 낮은 다공성 과녁 재질을 사용하면 전자 충돌 발생으로 인한 X-레이 레이저의 빔 품질을 향상시키고 구동 에너지를 절약할 수 있습니다. 마이크로볼 노드 구조를 사용하는 새로운 다공성 과녁은 플라즈마의 3 차원 단열 팽창을 빠르게 냉각시켜 전자 복합 메커니즘으로 생성된 X-레이 레이저의 게인 계수를 높일 수 있다. 초저밀도 재료를 이용하여 핵연료를 흡착하면 레이저 관성 구속 융합의 고이득 냉동 과녁을 형성할 수 있다. 에어로젤은 미세한 나노 다공성 네트워크 구조, 거대한 비 표면적 및 제어 가능한 메소 스코픽 구조를 갖추고 있으며 새로운 저밀도 타겟을 개발하기에 가장 적합한 재료입니다.

3. 단열재로 사용. 실리콘 젤의 미세한 나노 네트워크 구조는 국역 열 자극의 전파를 효과적으로 제한하는데, 그 고체 열전도율은 해당 유리 상태 재질보다 2 ~ 3 배 낮다. 나노 구멍은 열전도에 대한 가스 분자의 기여도를 억제한다. 실리콘 젤의 굴절률은 L 에 가깝고, 적외선과 가시광선의 소광계수의 비율은 100 이상이며, 상온에서 태양광을 효과적으로 투과시켜 적외선 열 복사를 방지합니다. 실리콘 젤은 이상적인 투명 단열재로 태양에너지 이용과 건물 에너지 절약 분야에 적용되었다. 도핑으로 실리콘 젤의 복사 열전도를 더욱 낮출 수 있다. 탄소 젤이 섞인 열전도율은 상온 상압에서 0.01.3W/M K 까지 낮아질 수 있다. 현재 열전도율이 가장 낮은 고체 소재로 폴리우레탄 폼 대신 신형 냉장고 보온재가 될 전망이다. 이산화 티타늄을 섞으면 실리콘 젤을 신형 고온 단열재로 만들 수 있는데, 그 800K 의 열전도율은 0.03 W/m·k 에 불과하여 군품의 신형 버팀목으로 발전할 것이다.

4. 실리콘 젤은 낮은 속력으로 이상적인 음향 지연이나 고온 방음 소재입니다. 이 재료의 음향 임피던스는 큰 변화 범위 (103-107KG/M2) 를 가질 수 있으며 초음파 탐지기에 이상적인 음향 임피던스 결합 재료입니다. 음향 임피던스 권선수 ZP =1.5 × L07KG/M2-S 와 같은 압전 세라믹은 일반적으로 초음파 발생기와 탐지기로 사용되며 공기의 음향 임피던스는 400 kg 에 불과합니다. 두께가 1/4 파장인 실리콘 젤을 압전 세라믹과 공기 사이의 음향 저항 결합 재료로 사용하면 음파의 전송 효율을 높이고 장치 어플리케이션의 신호 대 잡음비를 줄일 수 있습니다. 예비 실험 결과 밀도가 약 300 kg/m3 인 이산화 실리콘 젤을 커플링재로 사용하면 음향이 30 dB 를 높일 수 있는 것으로 나타났다. 밀도 그라데이션이 있는 이산화 실리콘 젤을 사용하면 더 높은 음향 증가를 기대할 수 있습니다.

환경 보호 및 화학 산업. 나노 구조 에어로젤도 신형 가스 필터 재료로 사용할 수 있다. 다른 재질과 달리, 이 재질은 구멍 지름이 고르게 분포되어 있고 구멍 틈새가 높으며 효율적인 가스 필터 재질입니다. 에어로젤은 큰 비 표면적을 가지고 있으며, 새로운 촉매제 또는 촉매제 전달체로서 광범위한 응용 전망을 가지고 있다.

6, 에너지 저장 장치. 탄소 젤은 유기 젤을 소결시켜 얻은 전도성 다공성 재료이다. 그것은 섬유상 활성탄에 이어 발전한 신형 숯 재료이다. 표면적보다 크고 (600- 1000m2/kg), 전도율이 높습니다 (10-25s/cm). 또한 밀도 변화 범위가 매우 넓습니다 (0.05- 1.0g/cm3). 마이크로구멍에 적절한 전해질을 충전하면 새로운 충전식 배터리를 만들 수 있는데, 이는 저장 용량이 크고, 내저항이 적고, 무게가 가벼우며, 충전방전 능력이 강하고, 재사용 가능한 등 우수한 특성을 가지고 있다. 예비 실험 결과 탄소 젤의 충전 용량은 3× 104/kg2 로 나타났다.

재료의 양자 크기 효과 연구에서. 실리콘 에어로젤 나노 네트워크에서 퀀텀닷 구조의 형성으로 인해 화학기상이 Si 와 용액법이 섞여 C60 을 섞은 결과, 도핑제가 나노 입자로 존재하고 강한 가시광선 발사를 관찰한 것으로 드러났다. 다공성 실리콘의 양자 제한 효과 발광에 강력한 증거를 제공하다. 실리카 에어로젤의 구조와 C60 의 비선형 광학 효과를 이용하여 새로운 유형의 레이저 방호경을 더 개발할 수 있다. 도핑은 또한 나노 복합체를 형성하는 효과적인 수단이다.

8. 또한 실리콘 에어로젤은 굴절률을 조절할 수 있는 소재입니다. 서로 다른 밀도의 에어로젤을 체렌코프 임계값 탐지기로 사용하여 고에너지 입자의 질량과 에너지를 결정할 수 있다. 고속 입자가 다공성 재질을 통과하기 쉽기 때문에 점차 감속되어' 연착륙' 이 이루어졌다. 우주에서 고속 입자를 캡처하기 위해 투명 에어로젤을 선택한 경우 차단되고 캡처된 입자는 육안으로나 현미경으로 관찰할 수 있습니다.

9. 새로운 나노 다공성 재료로서 실리콘 에어로젤 외에 다른 단위, 이원 또는 다원산화물 에어로젤, 유기 에어로젤, 탄소 에어로젤도 개발했다. 독특한 재료제비 방법으로 관련 기술은 이미 다른 신소재 개발에 광범위하게 적용되었다. 예를 들면 매우 다공성이 높은 다공성 실리콘, 고성능 촉매제를 준비하는 금속-에어로젤 혼합재, 고온초초전도 재료, 초극세세라믹 분말 등이 있다.

연구 단위

20 13 년, 에어젤 소재의 국제연구는 주로 독일 윌츠부르크 대학, 바스프, 미국 로렌츠 리버모어 국립연구소, 샌디아 국립연구소, 프랑스 몽펠리에 소재 연구센터, 일본 고에너지 물리학 국립연구소에 집중되었다. 중국은 주로 동제대 볼론 고체물리학 연구소, 국방과학기술대, 칭화대, 저장대, 나노기술유한공사, 광동애리생 하이테크유한공사에 집중한다.

기타 용도

1, 화성 탐사 우주복 만들기

2002 년에 미국 항공우주국은 더 강하고 탄력 있는 에어로젤을 생산하는 회사를 설립했다. 20 13 년, 미국 항공우주국은 우주비행사가 20 18 년 화성을 탐사할 때 신형 에어로젤로 만든 우주복을 입는다는 것을 확인했다. 이 회사의 선임 과학자 마크 클라제스키 (Mark Krajewski) 는 우주복에 두께가18mm 인 에어젤층을 넣으면 우주비행사가1.300 ℃의 고온과 "이것은 내가 본 것 중 가장 효과적인 항온 물질이다." 라고 마크가 말했다.

2. 방탄은 폭파되는 것을 두려워하지 않는다

방탄은 신형 에어로젤의 두 번째 중요한 용도이다. NASA 는 에어젤로 만든 집과 군용 차량을 테스트하고 있다. 실험실 테스트에 따르면 금속 조각에 두께가 약 6 mm 인 에어로젤을 추가하면 다이너마이트가 직접 터져도 금속 조각을 다치게 하지 않는다.

3, 생태 재해에 대처할 수 있다

환경 보호는 새로운 에어로젤의 세 번째 중요한 기능입니다. 과학자들은 에어젤을' 슈퍼 스펀지' 라고 친절하게 부른다. 그 표면에는 수백만 개의 작은 구멍이 있기 때문에 수중 오염물을 흡수하는 이상적인 재료이다. 미국 과학자들이 새로 발명한 에어로젤은 실제로 물 속의 납과 수은을 빨아들일 수 있다. 이 과학자에 따르면, 이 에어로젤은 생태 재해에 대처할 수 있는 절호의 재료라고 한다. 예를 들어 1996' 해속' 유조선이 침몰한 후 유출된 72,000 톤의 원유. 당시 이런 재료를 사용했다면 해안 전체에 심각한 오염을 초래하지 않았을 것이다.

4. 테니스 라켓은 타격 능력이 더 강하다.

미래의 신형 에어로젤도 우리의 일상생활에 들어갈 것이다. 예를 들어, 미국 던롭 스포츠 장비 회사는 에어로젤이 함유된 테니스 라켓을 개발하는 데 성공했다. 이 테니스 라켓은 타격 능력이 더 강하다고합니다. 20 12 초, 66 세의 밥 스토크가 처음으로 에어젤을 주택에 사용한 영국인이 됐다. "보온과 가열의 효과가 매우 좋다. 에어컨 온도를 5 C 낮추었는데 실내 온도는 여전히 편해요. " 등산객들도 에어로젤의 사용에 대한 희망이 충만하다. 영국 산악인 애니 팔머 (Anne Palmer) 는 20 1 1 에베레스트 등반을 할 때 신발에 에어젤 소재를 사용했는데, 그의 침낭에는 이런 신소재가 들어 있었다.