Aerogel: Der außergewöhnliche Charme eines magischen Materials
Bei 650 Grad sprüht die Flammspritzpistole weiterhin Flammen, kann aber eine speziell beschichtete Papphülle nicht entzünden; Nur durch eine Folienschicht getrennt, drückt die Hand auf den heißen Tisch, der heiß genug ist, um zu „backen“, kann aber nur wenig Wärme spüren; Es bildet einen unsichtbaren „Schutzfilm“ auf der Hand, der das Wasser augenblicklich „platzen“ lässt... All dies ist wie ein Phänomen der „wissenschaftlichen Magie“, alles aus einem neuen Material, das mehr als ein Dutzend Guinness-Weltrekorde hält – Aerogel.
Um Ihnen ein intuitiveres Gefühl für die Wunder von Aerogel zu vermitteln, führen wir einige Vergleichsexperimente durch. Zunächst werden das Aerogelmaterial gleicher Dicke und das herkömmliche Isoliermaterial (wie Steinwolle, Silikat usw.) in zwei identische Hochtemperatur-Umweltkammern gegeben, deren Temperatur auf 650 Grad eingestellt ist. Die Temperaturänderungen an der Außenseite der beiden Materialien wurden in Echtzeit mit einer Wärmebildkamera über denselben Zeitraum von 1- Stunden überwacht. Sie werden sehen, dass die Außentemperatur des herkömmlichen Materials schnell ansteigt und es nicht lange dauert, bis es zu Verformungen, Rauch usw. kommt, während sich die Außentemperatur des Aerogel-Materials kaum wesentlich ändert und immer niedrig gehalten wird. Dies zeigt deutlich, dass Aerogel die Wärmedämmeigenschaften herkömmlicher Materialien bei weitem übertrifft.
Schauen Sie sich den Kontrast zwischen Aerogel und gewöhnlichen festen Substanzen (wie Metall, Holz usw.) an. Wenn Sie ein Metallstück mit dem gleichen Volumen wie die Aerogel-Isolierdecke wählen und es separat wiegen, werden Sie feststellen, dass das Gewicht des Aerogels viel geringer ist als das des Metallblocks, was die extrem leichten Eigenschaften des Aerogels unterstreicht. Anschließend werden sie gleichzeitig auf eine auf 200 Grad eingestellte Heizplatte gelegt. Messen Sie während des Erhitzungsprozesses mit einem Thermometer, wie schnell die Temperatur an der Oberfläche der beiden Substanzen ansteigt, und die Ergebnisse werden Sie überraschen. Die Temperatur der Metalloberfläche steigt schnell an, während die Temperatur der Aerogeloberfläche sehr langsam ansteigt, was im krassen Gegensatz die hervorragende Wärmeisolationsfähigkeit des Aerogels zeigt, sodass Sie die Magie des Aerogels tiefer spüren können.
Halten Sie eine Flammspritzpistole bei einer Temperatur von bis zu 650 Grad und zielen Sie auf eine gewöhnliche Papphülle, und in einem Augenblick wird die Papierhülle verbrennen, die Flamme breitet sich schnell aus und die Papphülle wird in nur etwa 20 Minuten zu Asche zerfallen 20 Sekunden.
Als die Papphülle jedoch mit einer dünnen Schicht transparenter „Zauberfarbe“ (also Aerogel-ähnliche Produkte) überzogen und erneut mit einer 650-Grad-Flammenpistole verbrannt wurde, war die Situation ganz anders. Diesmal wurde die Papphülle nicht nur nicht entzündet, es waren auch fast keine Spuren der brennenden Flamme sichtbar, sondern nur eine Schicht aus weißem, körnigem Pulver auf ihrer Oberfläche zurückblieb. Wenn man die Rückseite des Papiers berührt, spürt man die Hitze überhaupt nicht. Nach Angaben des Personals kann es in einer Hochtemperaturumgebung von 650 Grad dem Brennen mehr als drei Stunden lang standhalten, ohne Schaden zu nehmen.
In diesem Experiment versuchte die Hitze der Flamme, in die Papphülle einzudringen, aber die Aerogelbeschichtung fungierte als unzerstörbare Barriere und hielt die Hitze rücksichtslos ab. Die Papphülle kann wie durch Zauberei sicher von Flammen umgeben werden, was die erstaunlichen Wärmedämmeigenschaften von Aerogel anschaulich demonstriert.
Die zweite „Magie“ hat mit Wasser zu tun. In einem Tank schwebt eine Schicht aus nicht schmelzendem „Zauberpulver“ (Aerogelpartikel) fest über dem Wasser. Der Reporter griff durch das Pulver nach unten und spürte sofort, dass die ganze Hand mit Wasser durchnässt war. Doch als er seine Hand herauszog, stellte er zu seiner Überraschung fest, dass sich darin kein Tropfen Wasser befand. Anschließend wurde diese Hand viele Male in andere Becken gelegt oder sogar direkt mit Wasser gewaschen, und die ganze Hand schien immer von einem unsichtbaren „Schutzfilm“ umhüllt zu sein, der das gesamte Wasser „platzen“ lassen konnte.
Diese wasserabweisende Eigenschaft von Aerogel ist auf seine besonderen Oberflächeneigenschaften zurückzuführen. Aufgrund seiner Mikrostruktur können Wassermoleküle nur schwer daran haften und bilden stattdessen herunterfallende Tröpfchen, genau wie der Selbstreinigungseffekt auf der Oberfläche des Lotusblatts.
Können Sie glauben, dass eine menschliche Hand einen Gegenstand mit einer Temperatur von über 100 Grad berühren kann, ohne sich zu verbrennen?
Die dritte „Magie“ konzentriert sich auf „Wärme“. Auf einem heißen Tisch, der kaltes Wasser zum Kochen bringen und sofort verdampfen lassen kann, breitete er eine Schicht „magischen Films“ (Aerogel-Isolierpapier) aus, drückte nervös seine Hand darauf und spürte überraschenderweise nur wenig Wärme.
Technologie: Forschung und Entwicklung weltweit führender Zubereitungsmethoden
Hinter dieser erstaunlichen „Zauberfarbe“, „Zauberpulver“ und anderer „Magie“ steckt tatsächlich eine Art Guinness-Weltrekord mit mehr als 10, und das Science-Magazin wird als „das magische Material, das die Welt verändern kann“ gepriesen – Aerogel.
Ein Ingenieur für die Unterstützung der neuen Materialindustrie von Coon sagte Reportern, dass Aerogel derzeit das leichteste feste Material der Welt sei und außerdem das beste feste Material der Welt mit Wärmedämm- und Brandschutzleistung sei.
Was macht Aerogel so erstaunlich? Der Ingenieur erklärte es mit dem Vergleich von „Zuckerwatte“.
Die Ingenieure stellten fest, dass die Beziehung zwischen dem Aerogel und dem Sand (hauptsächlich Kieselsäure) der Beziehung zwischen Marshmallows und weißem Zucker ähnelte. Seine hervorragenden Wärmedämm- und Flammschutzeigenschaften sind darauf zurückzuführen, dass in seiner Molekülstruktur zahlreiche nanoskalige Löcher mit einer Porosität von mehr als 95 % vorhanden sind. Diese nanoskaligen Löcher ähneln einem „Wärmeisolationslabyrinth“ in der mikroskopischen Welt, in dem die Wärme auf ihrem Weg ständig reflektiert und gestreut wird, was eine reibungslose Leitung erschwert, so dass die Wärmeleitfähigkeit des Aerogels extrem niedrig ist und erreicht werden kann eine thermische Isolationswirkung ähnlich der eines Vakuums. „Die Löcher im Marshmallow sind mit bloßem Auge sichtbar, während die Löcher im Aerogel nanoskalig sind, 1,{2}} mal kleiner als der Durchmesser eines menschlichen Haares.“
Trotz ihrer hervorragenden Eigenschaften sind Aerogele schwer erhältlich.
Die herkömmliche Aerogel-Herstellung erfordert eine „überkritische Trocknungsvorbereitung“, die über mehrere Tage unter hoher Temperatur und hohem Druck hergestellt werden muss. Dies führt zu vielen Problemen wie hohen Ausrüstungskosten, komplexen Prozessabläufen, starken Schadstoffemissionen usw., wodurch die Produktionskosten hoch bleiben. Daher werden Aerogel-Produkte vor allem in Schlüsselbereichen wie der Luft- und Raumfahrt eingesetzt.
Angesichts dieser Situation hat das Innovationsteam unter der Leitung von Xie Yi, Akademiker der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und Professor der Universität für Wissenschaft und Technologie Chinas, nach jahrzehntelangen unermüdlichen Bemühungen unabhängig die weltweit führende Aerogel-Herstellungsmethode entwickelt – „ Umweltschutz-Aerogel-Atmosphärendruck-Trocknungsverfahren“. Diese Methode kann die Herstellungskosten von Aerogelen erheblich reduzieren, die Industrialisierung von Aerogelprodukten reibungsloser fördern und sie wirklich in unser tägliches Leben integrieren.
Anwendung: Bau eines „Feuerschutzmantels“
Im Baubereich hat der Einsatz von Aerogel bemerkenswerte Ergebnisse erzielt. Beispielsweise ist in einem großen Gewerbegebäude der jährliche Energieverbrauch für Kühlung und Heizung recht hoch, wenn keine Aerogel-Isolierung verwendet wird, und die Stromkosten machen einen erheblichen Teil der Betriebskosten aus. Nach der Modifizierung von Aerogel-Dämmstoffen wird durch strenge Überwachung und Statistik des Energieverbrauchs festgestellt, dass der jährliche Energieverbrauch beim Kühlen und Heizen stark reduziert wird und auch der entsprechende Stromaufwand deutlich reduziert wird.
Der Energieverbrauch ist deutlich niedriger als bei vergleichbaren Gewerbegebäuden in der Umgebung, die keine Aerogel-Isolierung verwenden, und die Energieeinsparungen sind offensichtlich.
Dies ist vor allem auf die hervorragende Leistung von Aerogel-Gebäudedämmbeschichtungen zurückzuführen. Es ist nur eine dünne Beschichtung von 2 bis 5 mm erforderlich, um den konstanten Temperatureffekt von 40 bis 60 mm herkömmlichem Dämmmaterial zu erreichen, wodurch der Energieverbrauch des Raums um mehr als 30 % gesenkt wird. Diese hocheffiziente Dämmfähigkeit spart nicht nur erhebliche Betriebskosten für Gebäudeeigentümer, sondern leistet auch einen positiven Beitrag zur Reduzierung des Gesamtenergieverbrauchs im Bausektor im Kontext des gesamtgesellschaftlichen Engagements für Energieeinsparung und Emissionsreduzierung.
Zhejiang Runfew New Material Co., Ltd hat in diesem Prozess eine unverzichtbare Rolle gespielt. Seine sorgfältig entwickelten Produkte der Aerogel-Serie verleihen dem Bereich der Gebäudeenergieeinsparung weiterhin neue Dynamik, tragen dazu bei, dass mehr Gebäude eine hocheffiziente Isolierung sowie Energieeinsparung und -verbrauchsreduzierung erreichen, und sorgen dafür, dass Aerogel, diesem magischen Material, im Bauwesen eine größere Bedeutung zukommt.