U poljima izgradnje, industrijske opreme i lične zaštite, toplotni izolacijski materijali uvijek su igrali ključnu ulogu. Kao nova vrsta nanomaterijala koja se brzo razvijala poslednjih godina, avion se izdvaja među mnogim tehnologijama toplotne izolacije sa svojom ultra niskom toplotnom provodnom, izuzetno niskom gustoćom i odličnom toplotnom stabilnost. Njegova jedinstvena nanoporozna struktura ne samo efikasno ne inhibira provodljivost, konvekciju i zračenje, ali ima i dobru mehaničku prilagodljivost i funkcionalan potencijal integracije. Ovaj članak će analizirati princip toplotne izolacije Airgel i istraživati njegove prednosti i izglede za primjenu u modernim toplotnim izolacijskim sustavima.
Sadržaj
1. Naučna analiza principa toplotne izolacije
2. Primjena područja i slučajevi
3. Postojeći izazovi i pravci za poboljšanje
1. Naučna analiza principa toplotne izolacije
Razlog zašto Airgel ima odlične performanse toplotne izolacije uglavnom je zbog jedinstvenih strukturnih karakteristika i mehanizma inhibicije toplotnog prijenosa. Airgel je porozni materijal sastavljen od nanoscile solidnog kostura, s porozdom obično 90% -99,8% i izuzetno nisku gustoću. Ova trodimenzionalna nanoporozna struktura ne samo uvelike ne smanjuje putanje vrednosti topline solidne komponente, već čini i "barijeru" za prijenos topline u mikroskopskoj skali.
U pogledu toplinske provodljivosti, čvrsti kostur Airgel izuzetno je rijedak, što značajno smanjuje toplinsku provodljivost unutar materijala. Za razliku od neprekidnih i gustih krutih, toplina u avionima mora zaobići veliki broj pora, a ovaj "isprekidan put" učinkovito slabi efikasnost topline. Drugo, veličina pora arhiva općenito je manja od desetina nanometara, koja je manja od srednjeg slobodnog puta molekula zraka, čime je inhibirao pojavu konvekcije gasa. Ovakav efekt veličine znači da molekuli zraka ne mogu formirati efikasan protok u porama, u velikoj mjeri smanjujući doprinos konvekcijskog prijenosa konvekcije plina.
U smislu zračnog zrakoplova može poboljšati njegovu refleksiju ili apsorpciju toplinskog zračenja doping s infracrvenim agentima za rasipanje, dodatnim inhibiranjem zračenja u prenosu topline u srednjim i visokim temperaturnim okruženjima. Ovaj mehanizam je posebno vrijedan u visokotemperaturnim aplikacijama.
Eksperimentalni podaci takođe snažno podržavaju izvrsnu performanse toplotne izolacije zrakoplova. Toplinska provodljivost tipičnog silikatnog zrakoplova može biti niža kao {{{0}} 015-0,03 W / m · K na sobnoj temperaturi, što je znatno bolje od tradicionalnih toplotnih izolacijskih materijala kao što su staklena vlakna i mineralna vuna. Ovi podaci ne odražavaju samo prednosti toplotne izolacije zrakoplovskog prostora u statičkom okruženju, ali pruža i eksperimentalnu osnovu za njegovu promociju i primjenu u zrakoplovnom, izgradnji, termičkoj zaštitnoj odjeći i drugim poljima.
2. Primjena područja i slučajevi
Svojim izvrsnim toplotnim izolacijskim performansama i laganim karakteristikama, avionske materijale su pokazali široke perspektive aplikacije u mnogim poljima. U pogledu izgradnje očuvanja energije, listovi aviona mogu se koristiti za izolacijske slojeve zidova, krovova, vrata i prozora, učinkovito smanjujući potrošnju energije i poboljšanje življenja udobnosti i posebno su pogodni za obnovu pasivne zgrade. U industrijskoj visokotemperaturijskoj opremi, avion se može koristiti kao izolacijski sloj za opremu kao što su reaktori i parna cijevi, s mogućnošću izdržavanja visokih temperatura iznad 600 stepeni, dok se ublaži opterećenje opreme i produženje opterećenja opreme.
U oblasti tekstila i lične zaštite, fleksibilni avionske kompozite široko se koriste u hladnosnoj odjeći, vatrogasnom odjeću i vojnu opremu. Neki bionski dizajni, poput avionalnih vlakana koji "oponašaju strukturu polarnog medvjeđe kose", kombiniraju efikasnu toplinsku izolaciju i prozračnost, a pogodne su za laganu nosivu opremu u izuzetno hladnom okruženju.
Pored toga, u području zrakoplovnog zrakoplova korišten je u toplinskim štitnicima u svemirskim brodovima, marsa Rover sustavi za slijetanje i slojeve toplotne zaštite za odjeću astronauta, ispunjavajući dvostruke zahtjeve ekstremnog toplotnog protoka i kontrole težine. Njegove izvrsne mogućnosti toplotne kontrole provjerene su u više prostora za misije kao što su NASA.
3. Postojeći izazovi i pravci za poboljšanje
Iako avionski materijali imaju odlične performanse u području toplinske izolacije zbog svoje ultra niske toplotne provodljivosti i ultra svjetlosnog konstrukcije, još uvijek se suočavaju sa serijom izazova u praktičnim primjenama. Prvi je problem mehaničke grickalice. Tradicionalni silikaristički aerogeli izuzetno su krhki zbog svog labavog nano-kostura i lako se razbijaju tokom transporta ili upotrebe, što ograničava njihovu upotrebu u fleksibilnim i deformacijskim prilikama. Trenutno, istraživači poboljšavaju njihovu kompresivnost i fleksibilnost putem kompozita za pojačanje vlakana i organskih polimera, te postepeno realiziraju s fleksibilnim avionskim proizvodima koji se mogu valjati i ušiti da ispune potrebe za uporabom u poljima izgradnje izolacije i topline izgradnje.
Drugi je trošak problema sa velikim pripremom. Iako je trenutna glavna metoda Sol-Gel u kombinaciji sa superkritičkim procesom sušenja CO₂ može dobiti visoke performanse aerogela sa kompletnim konstrukcijama, oprema je skupa, potrošnja energije je velika, a procesni ciklus je dugo, što otežava podršku velike industrijske proizvodnje. U tu svrhu, istraživanje istražuje alternativne tehnologije niskog energije kao što su sušenje i zamrzavanje naprijed i kombinira optimizaciju prekursora uz automatsku kontrolu za poboljšanje efikasnosti pripreme i smanjenje ukupnih troškova.
Pored toga, loša prilagodljivost okoliša također je jedan od ključnih faktora koji ograničavaju promociju aerogela. Budući da je njegova visoka struktura poroznosti jednostavna za apsorbiranje vlage, ugradnja vode će uzrokovati porazi na pora i razgradnju performansi. Stoga je posebno važno poboljšati njegovu otpornost na vlagu i otpornost na vremenske uvjete. Trenutno se površinska hidrofobna modifikacija i vanjska sloj pakiranja općenito koriste za poboljšanje stabilnosti i izdržljivosti u vanjskom okruženju kao što su vlažnost, vjetar i kiša i visoki ultraljubičasti.
U budućnosti, razvoj aerogela ne bi trebao samo riješiti probleme "krhkih, teško proizvesti", ali i evoluirati u smjeru multifunkcionalne integracije, kao što su mu uredba za mijenjanje plame, a druge kompozitne funkcije kako bi se ispunile potrebe primjene visokog složenih scena, poput zrakoplovnih, pametnih novine i zaštitne opreme.
Uz kontinuirani napredak materijala, razvoj nauke i pripreme za pripremu, razvoj aerogela kreće se prema diverzificiranom i visokokvalitetnoj smjeru, a multifunkcionalna integracija postat će fokus istraživanja AirGell. Pored tradicionalnih izvrsnih performansi toplotne izolacije, kompozitni airgel materijali koji kombinuju zvučnu izolaciju, elektromagnetski štitnik, zaštitu od požara i druge funkcije postepeno se razvijaju. Takvi materijali ne samo ne mogu udovoljavati potrebama višestrukih performansi u poljima izgradnje, transporta, elektronike itd., Ali također proširiti primjenu prostora aerogela u inteligentnu proizvodnju i vrhunsku opremu.
Bionic dizajn je još jedan važan smjer za poboljšanje mehaničkih svojstava aerogela. Crtanjem na strukture u prirodi, kao što je slojevljena kompozitna struktura matične bisere ili nanofiber aranžmana polarne medvjeda, istraživači dizajniraju avionske materijale sa većom žilavošću i otpornošću na udarce. Ova strukturalna bionska strategija ne samo povećava mehaničku čvrstoću materijala, već održava i svoju ultra laganu i porozne svojstva, uvelike šireći aplikativni potencijal aerogela u fleksibilnoj zaštitnoj odjeći, zrakoplovstvu i drugim poljima.
Koncept zelene zaštite okoliša potaknuo je proces pripreme aerogela da postane održiv. Razvoj sigurnosnih materijala zasnovan na sirovim materijalima zasnovanim na bioleži, kao što su celulozni avion, ne samo smanjuje ovisnost o tradicionalnim fosilnim resursima, već poboljšava biorazgradivost materijala. Istovremeno, optimiziranje tehnologija recikliranja i ponovne upotrebe i promocija kružnog ekonomskog razvoja industrije aviona postat će važan smjer za buduću ekološku proizvodnju.
AirGel je postao važan dodatak tradicionalnim termičkim izolacijskim materijalima zbog odlične performanse toplotne izolacije i lagane porozne strukture. Uprkos izazovima kao što je visoka prljavost, visoki troškovi pripreme i nedovoljna prilagodljivost okoliša, napredak opskrbi vlakana, kompozitnih materijala i tehnologije zelene pripreme. Ubuduće će se AirGel razviti prema višenamjenskoj integraciji i bioničkom dizajnu, realizirati integraciju više funkcija poput toplotne izolacije, zvučne izolacije, elektromagnetskog zaštita i za zaštitu okoliša i održivost. Kako tehnologija i dalje sazrijeva, Airgel će igrati veću ulogu u izgradnji očuvanja energije, industrijskoj zaštiti visokoj temperaturi, tekstilu, zrakoplovstvu i drugim poljima, pomažući u postizanju očuvanja energije i inteligentnim proizvodnim ciljevima.