WeChat/Shenjicamp icamp360에서 다시 게시됨(모든 재미있는 스마트 웨어러블과 기술이 여기에 있습니다)
가장 큰 선박과 비행기부터 가장 작은 나노미터까지 로봇, 가장 단단한 것부터 가장 부드러운 것까지 재료...인간은 세계 최고의 것을 창조하고 파괴하기 위해 열심히 노력해 왔습니다. 아니요, 2013년에 중국 과학자들이 '세계에서 가장 가벼운 물질'이라는 기록을 깨뜨린 후, 2015년에 우리나라는 입방센티미터당 0.12mg이라는 가장 가벼운 물질을 만들어내며 다시 새로운 기록을 세웠습니다. 그렇다면 이 초경량 소재는 어떤 역할을 할까요?
고체 연기
세상에서 가장 가벼운 이 물질을 에어로겔이라고 합니다. 에어로젤은 최근에 발명된 것은 아닙니다. 1931년에 실리카로 만들어졌습니다. 에어로겔 내부에는 기공이 많고, 기공 안에 공기가 채워져 있어 매우 가볍습니다. 그 가벼움을 설명하기 위해 사람들은 그것에 고체 연기라는 별명도 붙였습니다.
2011년 미국 과학자들은 니켈 소재로 에어로젤을 만들었고, 이는 당시 세계에서 가장 가벼운 소재가 됐다. 진공 상태에서 이 에어로젤 1cm3의 무게는 0.9mg에 불과해 공기보다 가볍습니다.
그러나 세계에서 가장 가벼운 소재로 기록은 보유된 지 얼마 되지 않아 깨졌다. 2012년에 몇몇 영국과 독일 과학자들은 세계에서 가장 가벼운 에어로젤을 개발했습니다. 그들은 또한 이 에어로젤에 "Flying Graphite"라는 아주 멋진 이름을 붙였습니다. 1입방센티미터의 "비행 흑연"은 무게가 0.18mg에 불과합니다. 검은색 불투명 스펀지처럼 보이지만 부피로 보면 스펀지는 그보다 훨씬 무겁습니다. "플라잉 흑연"은 거의 99.99%의 공기로 구성되어 있습니다.
초경량 '카본 스펀지'
과학과 기술은 빠른 속도로 발전하고 있다. 세계에서 가장 가벼운 소재 순위에서는 '플라잉 그래파이트'가 1위를 차지했지만, 점점 변하고 있다. 나는 몸이 따뜻해지기도 전에 또 다른 새로운 유형의 에어로젤에 짓눌려버렸습니다. 2013년 3월, 우리나라 절강대학교 연구팀이 탄소나노튜브와 그래핀을 이용해 초경량 에어로겔을 제조했는데, 이를 '탄소 스펀지'라고 한다. 얼마나 가벼워요? 진공 상태에서 1입방센티미터의 탄소 스폰지의 무게는 0.16밀리그램에 불과한 반면, 같은 양의 일반 공기의 무게는 약 7배이며 같은 양의 헬륨보다 가볍습니다.
카본 스펀지는 이렇게 가벼운데 어떻게 만들어지나요?
전자현미경으로 보면 탄소스폰지 속에 탄소나노튜브와 그래핀이 다수 존재하는 것을 확인할 수 있다. 이 두 물질이 함께 무수히 많은 작은 기공을 지지하고 있는 것이다. 대형 스포츠 경기장과 마찬가지로 철근을 먼저 지지대로 사용한 다음 고강도 멤브레인을 벽으로 사용합니다. 탄소 스펀지는 탄소 나노튜브를 지지체로, 그래핀을 벽으로 사용합니다.
과거에는 과학자들이 에어로겔을 제조할 수 있었지만, 그 과정 때문에 대량생산이 어려웠다. 이제 우리나라에서 발명된 새로운 공정으로 탄소스펀지를 대량으로 생산할 수 있게 되었습니다.
섬유 에어로젤
과학자들은 가장 가벼운 소재를 추구하기 위해 멈추지 않았습니다. 2015년 중국 동화대학교 딩빈 교수와 유젠용 교수가 이끄는 나노섬유 연구팀은 초경량 섬유재료 연구에서 새로운 성과를 거두었다. 일반 섬유를 이용해 초경량, 초탄성 섬유가스를 개발했다. 겔, 중국 계측 인증 결과에 따르면 이 섬유 에어로겔의 고체 물질 밀도는 입방 센티미터당 0.12mg에 불과합니다. 이는 이전에 우리나라에서 개발된 탄소 스펀지보다 입방센티미터당 0.04mg 더 가볍습니다.
가장 가벼운 재료는 어떤 용도로 사용될 수 있나요?
1. 기름 오염 제거
에어로겔에 사용되는 재료에 따라 용도가 다릅니다. 예를 들어 절강대학교에서 개발한 탄소 스펀지라고 불리는 에어로겔은 제조 방법에서 획기적인 발전을 이루었을 뿐만 아니라 탄소 스펀지의 성능도 뛰어났습니다.
카본 스펀지는 탄성이 매우 좋아 80% 정도 압축하면 원래의 모습으로 돌아올 수 있습니다. 오일에 대한 초고속, 초고흡착 능력을 갖고 있으며, 현재 가장 강력한 흡유 능력을 지닌 소재입니다. 오늘날의 오일 흡수 제품은 일반적으로 자체 무게의 약 10배만 흡수할 수 있는 반면, 카본 스펀지의 오일 흡수 능력은 자체 무게의 250배, 최대 900배에 달합니다. 기적적으로 카본 스펀지는 물을 흡수하지 않고 오일만 흡수합니다. . 또한 오일을 매우 빠르게 흡수합니다. 카본 스펀지 1g은 초당 68.8g의 오일을 흡수할 수 있습니다. 이처럼 많은 사람들은 이미 바다의 기름 오염을 정화하기 위해 탄소 스폰지의 사용을 생각하고 있습니다.
바다가 기름으로 오염되면 탄소 스폰지를 바다에 뿌리면 주변의 기름을 지속적으로 몸에 흡수합니다.
2. 성간 먼지의 흡착
기름 오염을 처리하는 것은 탄소 스펀지의 유일한 사용일 뿐입니다. 1999년부터 NASA는 에어로겔의 특성을 활용하여 흡착에 사용했습니다. 성간 먼지.
'스타더스트'에는 에어로젤 시료 수집 장치가 설치돼 있는데, 주로 혜성 먼지와 성간 먼지를 흡수하는 데 사용된다.
탐사선 '스타더스트'가 혜성 먼지를 통과할 때 혜성 먼지의 속도는 초당 약 6.1㎞로 매우 빨랐다. 이는 소총탄 총구 속도의 9배에 가까운 속도다. 이러한 먼지 입자를 기존 방법으로 수집하면 과도한 충격 속도로 인해 혜성 먼지의 모양과 화학 구조가 변하고 일부는 완전히 기화되기도 합니다.
수집 중에 파손되지 않도록 에어로겔 시료 채취기는 내부에 스펀지 같은 다공성 구조를 가진 실리콘 기반의 고체 물질을 사용하여 먼지 입자에 부딪히면 99.8%의 공간이 채워집니다. 공기 겔화된 후에는 속도가 느려지고 결국 비행기가 활주로에서 활주하는 동안 속도가 느려지는 것처럼 정지하게 됩니다.
3. 보온 및 차음
에어로겔은 고유의 특성으로 인해 단열(보온성) 및 차음 소재도 우수합니다.
에어로겔은 가장 이상적인 단열재일 뿐만 아니라 흡음재로도 탁월한 효과를 발휘합니다. 예를 들어, 우리나라에서 2015년에 개발된 섬유 에어로겔은 100~6300Hz의 넓은 주파수 범위의 소리를 효과적으로 흡수할 수 있습니다.
WeChat/Shenjicamp icamp360에서 다시 게시됨(모든 재미있는 스마트 웨어러블 및 기술 관련 정보가 여기에 있습니다)