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Aérogel: le matériau futuriste entravé par les limites du monde réel

Aérogel: le matériau futuriste entravé par les limites du monde réel

L'aérogel est un matériau qui a intrigué la communauté scientifique en raison de ses propriétés physiques et chimiques impressionnantes. L'aérogel est un matériau solide qui possède des caractéristiques uniques par rapport aux autres solides.

C'est la partie qui suscite la curiosité de toute personne intéressée par Aerogels. Le solide le plus léger jamais créé sur terre est l'Aérogel.

Il est composé à 97% d'air tout en conservant les propriétés structurelles d'un solide.

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Le terme Airgel vient de deux mots - Air et Gel. Et il y a une histoire à ce nom!

L'aérogel a été inventé par Samuel Stephens Kistler. Samuel était fasciné par la gelée en raison de sa double nature à agir aussi bien comme solide que liquide.

La raison pour laquelle la gelée a des propriétés de liquide et de solide est qu'elle est une combinaison des deux. Une structure de gélatine poreuse retient l'eau à l'intérieur, créant une pseudo substance.

Samuel se demandait ce qui se passerait s'il remplaçait la teneur en eau par de l'air. Cependant, si le gel était séché simplement, il contracterait la structure solide, entraînant des fissures.

Il a compris que la structure hautement microporeuse du gel s'effondre en raison des forces de tension superficielle élevées exercées par le liquide. Il a donc cherché des moyens alternatifs pour éliminer le liquide sans endommager la structure solide.
Et, il a eu l'idée de remplacer l'eau par de l'alcool.

Lorsque l'alcool est converti à un état supercritique, il devient dans un état entre gaz et liquide, et il n'aura pas de tension superficielle. La structure microporeuse solide a été réalisée en utilisant de la silice.

Une fois l'alcool évaporé, le premier aérogel s'est formé. Dans le plus simple des termes, l'aérogel est fabriqué à partir de l'élimination de l'eau ou du solvant d'une structure gélatineuse.

Propriétés physiques de l'aérogel

La raison pour laquelle Airgel semble translucide est due au fait qu'une grande partie du matériau n'est que de l'air. Ceci explique également sa très faible densité.

Ce sont les solides les plus légers sur terre et même un bloc d'aérogel de la taille d'un homme de six pieds ne pèsera qu'environ une livre. Le record du monde Guinness du matériau imprimé en 3D le plus léger est un aérogel en graphène imprimé par Dong Lin.

L'aérogel possède d'autres propriétés physiques uniques, et l'une d'entre elles est l'incroyable isolation contre la chaleur (0,023 W / mK à 100 ° C).

L'aérogel possède également d'excellentes propriétés acoustiques, offrant une isolation phonique 10 à 1000 fois meilleure que les formes en polyuréthane.

Étant donné que la structure se compose de seulement 3% de solide, l'Aérogel est très fragile. Les deux principaux matériaux solides utilisés pour la préparation de l'aérogel sont la silice et le carbone.

Comme nous en avons discuté, l'aérogel est fabriqué en éliminant la teneur en eau / solvant d'un gel et en le remplaçant par de l'air. La méthode moderne de fabrication de l'aérogel utilise un processus appelé sol-gel.

Le nouveau procédé de fabrication a été développé en 1983 par Arlon Hunt et le groupe des matériaux microstructurés. Ils ont utilisé un TEOS ou tétraéthylorthosilicate dans la production d'aérogel, ce qui est beaucoup plus sûr que la méthode TMOS qui était utilisée jusque-là.

Un autre développement a été l'utilisation de dioxyde de carbone liquide qui a remplacé l'utilisation de l'alcool comme solvant de base. L'utilisation de TMOS et d'alcool dans le produit Airgel en a fait un processus très dangereux.

Nous avons un exemple clair de leur nature dévastatrice sous la forme de l'explosion qui a détruit une usine de production d'aérogels en Suède.

Le nouveau procédé de fabrication produit le même rendement que celui de TMOS sans ses dangers.

Les caractéristiques physiques de l'Aérogel en ont fait l'un des matériaux synthétiques les plus étudiés. De nos jours, vous pouvez trouver de l'Aérogel dans les cosmétiques, les peintures, les combinaisons, etc.

Cependant, leur utilisation dans l'industrie aérospatiale ne s'est élargie que depuis leur invention. L’aérogel a même été utilisé pour attraper des comètes et de la poussière interstellaire dans la mission Stardust de la NASA.

Ce matériau unique a été utilisé comme matériau isolant qui a gardé le Rover d'exploration de Mars au chaud pendant sa mission.

L'une des applications modernes de l'aérogel consiste à l'utiliser comme matériau isolant pour les bâtiments.

Les fenêtres d'aérogel sont une nouvelle technologie qui prend en sandwich l'aérogel entre deux feuilles de verre. Ils sont plus légers que les fenêtres en verre à trois couches et ont de bien meilleures propriétés d'isolation.

L'une des applications modernes de l'aérogel consiste à l'utiliser comme matériau isolant pour les bâtiments. L'isolation de la maison en aérogel comprend des produits comme les couvertures en aérogel et les feuilles d'aérogel.

Une nouvelle invention appelée l'aérogel de coton fait maintenant des vagues dans plusieurs industries. L'aérogel en coton peut être utilisé comme matériau isolant qui peut remplacer les vestes encombrantes conventionnelles.

Une application surprenante est l'utilisation de l'aérogel de coton comme dispositif de contrôle des hémorragies. Le matériau peut être injecté dans une plaie saignante et il se dilatera, appliquant une pression sur la plaie, l'empêchant de saigner.

Les contrôleurs de purge Cotton Airgel ont été développés par les chercheurs de NUS.

De ses applications, vous devez avoir remarqué que les industries utilisent l'Aérogel pour sa propriété d'isolation. Comment l'aérogel devient-il un si bon isolant?

L'aérogel se compose de deux parties: la silice et l'air. Les solides de silice ne sont pas de bons conducteurs de chaleur et ils ne représentent que 3% du matériau global. Le reste est de l'air.

Lorsque vous examinez les propriétés de l'air, il est clair que l'air a une conductivité thermique très faible. Ces facteurs rendent l'Aérogel très léger, rendant la conduction de masse impossible.

Deuxièmement, l'aérogel a des pores extrêmement minuscules, généralement entre 2 et 50 nm de diamètre. Ces pores sont si petits qu'il est difficile pour l'air de se diffuser à travers le matériau et de transférer la chaleur convective.

Ce phénomène est connu sous le nom d '«effet Knudsen» et il sépare les aérogels des autres types de mousses.

Cependant, il est important de noter que les aérogels ne sont pas forcément des isolants efficaces en matière de chaleur radiative. Il est possible de transférer de la chaleur à travers des aérogels à des températures élevées grâce à l'énergie infrarouge.

Pour contrer cela, de nombreux produits d'isolation pour aérogel commerciaux contiennent des matériaux supplémentaires. Ceux-ci sont connus sous le nom d'opacifiants IR pour réfléchir ou absorber les radiations infrarouges.

Quant à l'électricité, l'aérogel peut être conducteur ou non en fonction des solides utilisés. Les aérogels à base de poly (3,4-theylènedioxythiophène): poly (4-styrènesulfonate) (PEDOT: PSS) sont généralement conducteurs.

Les solides d'aérogel infusés de nanotubes de carbone et de certains autres additifs se sont avérés surpasser de loin l'isolation acoustique conventionnelle.

L'Aérogel est-il étanche?

Encore une fois, ces caractéristiques dépendent des solides utilisés dans l'aérogel. En modifiant les structures solides et les additifs, il est possible de modifier les propriétés de l'aérogel. Par exemple, les matériaux d'aérogel de silice industriels sont spécifiquement formulés pour être hydrophobes (hydrofuges).

Les aérogels à base d'oxyde ne sont pas étanches. Cependant, ils peuvent être facilement modifiés pour les rendre résistants à l'eau à l'aide d'additifs.

Nous avons longuement discuté des propriétés étonnantes de l'aérogel et de la manière dont il peut nous être bénéfique à plus d'un titre. Son pourquoi la technologie n’est-elle pas encore répandue?

Il y a plus d'une raison à cela. Le premier étant le fait que l'Aérogel est très difficile à fabriquer, même avec les avancées que nous avons eues en termes de production.

Le plus grand panneau d'aérogel que l'industrie a réussi à produire était un panneau de 90x90 cm. Et cette taille n'est possible que grâce à des machines très avancées.

Si vous cherchez des aérogels à acheter, la spécification la plus élevée que vous pouvez trouver est 30x30cm. Des commandes spéciales doivent être passées si vous avez besoin de tailles plus élevées.

Le prix est un autre facteur qui empêche beaucoup d'utiliser ou d'expérimenter l'aérogel. Le processus de fabrication coûteux entraîne le transfert de ce coût aux acheteurs.

Le résultat est qu'un aérogel de silice mesurant 2,5 cm x 2,5 cm x 1,0 cm coûte plus de 50 $.

L'un des principaux défis auxquels est confrontée l'industrie de l'aérogel est la nature fragile du solide. Ne vous y trompez pas, le matériau est solide et peut supporter plusieurs fois son poids.

Cependant, le matériau résiste mal à la tension.

Des progrès sont en cours pour simplifier le processus de fabrication de l'aérogel et améliorer son intégrité structurelle. Une fois ces limitations résolues, Airgel atteindra plus de personnes et de produits.

Le manque d'industries investies dans la production d'aérogels est également une autre raison pour laquelle les aérogels ne sont pas si populaires.

L'aérogel est sans aucun doute l'un des matériaux miracles que nous avons inventés. Le matériau a un potentiel immense dans ses nombreuses formes et combinaisons.

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Nous pouvons nous attendre à ce que les limitations associées aux Aerogels se lèvent bientôt. Cela réduira le coût de ce matériau unique et améliorera les taux de production.

Alors que la portée des applications d'aérogel continue d'augmenter, de plus en plus d'entreprises investiront probablement dans la production d'aérogel. Cela améliorera éventuellement la technologie et aidera le matériau à atteindre les masses.


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