آشنایی با آئروژل گرافن (هوا ژل) سبک ترین ماده دنیا

به گزارش وبلاگ همصحبت، خبرنگاران؛ بابک زمانی- شاید تا به حال اسم هواژل یا آئروژل گرافن را نشنیده باشید. در حال حاضر رکورد سبک ترین ماده جامد دنیا در دست این ماده است که به صورت دیوانه کننده ای کم چگالی است.

آشنایی با آئروژل گرافن (هوا ژل) سبک ترین ماده دنیا

محققان دانشگاه ژجیانگ چین پیروز شدند با فراوری آئروژل گرافن، رکورد تازه ای در فراوری سبک ترین ماده دنیا ثبت نمایند.

هواژل یا آئروژل (aerogel) نخستین بار در سال 1931 ساخته شده و این دود منجمد که 96 درصد آن از هوا تشکیل شده است، بمدت هشت سال عنوان سبک ترین ماده دنیا را به خود اختصاص داد.

سال گذشته عنوان سبک ترین ماده دنیا به آئروگرافیت رسید که شش برابر سبک تر از هوا است و یک سانتی متر مکعب از آن تنها 0.2 میلی گرم وزن دارد.

محققان چینی در ماه مارس 2013 پیروز به فراوری یک ماده اسفنجی از کربن یخ خشک موسوم به آئروژل گرافن (graphene aerogel) شدند که وزن آن در یک سانتیمتر مکعب تنها 0.16 میلی گرم است.

خاصیت برجسته آئروژل گرافن، حالت اسفنجی است که امکان استفاده نامحدود از این ماده برای پاکسازی نشت نفت را فراهم می نماید؛ این ماده می تواند تا 900 برابر وزن خود، آب و نفت جذب کند.

تمامی آب، نفت و آئروژل گرافن پس از عملیات پاکسازی می توانند بار دیگر مورد استفاده قرار بگیرند.

گائو چائو Gao Chao مخترع این ماده می گوید که ماده فراوری شده توانای جذب روغن تا 10 برابر وزن خودش را دارد و در آینده با انجام تحقیقات بیشتر توانایی جذب تا 900 برابر را خواهد داشت. سرعت جذب آن نیز زیاد است به گونه ای که هر گرم از ماده توانایی جذب 69 گرم روغن در یک ثانیه را دارد.

این ماده از ورق ها و فیبر های کربن با ضخامت تنها یک اتم ساخته شده است از این رو آن را می توان یک آروژل کربنی دانست. محقیقن معتقد هستند که راه ساده ای برای ساخت آروژل های کربن به اندازه و اشکال مختلف یافته اند. چگالی ماده تنها 0/16 میلی گرم در هر سانتی متر مکعب یا یک ششم چگالی هوااست. این ماده سبک تر از ماده قبلی با چگالی 0/9 میلی گرم در سانتی متر مکعب است که عنوان سبک ترین ماده دنیا را در اختیار داشت. هر دوی این مواد از آروژل های پلیمیری ناسا سبک تر هستند.

ساختار آئروژل گرافن

هَوا-ژِل یا آئروژل یک ماده فراوریی است که کمترین چگالی را در میان مواد جامد دارد. این مادّه از یک ژل به دست می آید که در آن قسمت مایع ژل با گاز جایگزین می گردد. نتیجه این فرایند ماده ای جامد با چگالی بسیار کم و در عین حال، ویژگی قابل توجه در زمینه عایق گرمایی است. هواژل در فرهنگ عامه مردم تحت نام های دیگری هم چون دود منجمد، دود جامد، هوای جامد یا دود آبی نیز شناخته می گردد که این نام گذاری ها به دلیل ظاهر شفاف و نیز نحوه پخش نور در این ماده است.

هواژل برای نخستین بار توسط ساموئل استفان کیستلر در سال 1931 ساخته شد و فراوری آن بر اساس یک شرط بند برای جایگزین کردن قسمت مایع ژله خوراکی با گاز بود بدون آن که ساختار ژله در هم بشکند.

فرایند فراوری هواژل شامل استخراج بخش مایع ژل با استفاده از روش خشکاندن فوق بحرانی می باشد. با استفاده از این روش مایع به آهستگی از درون شبکه جامد ژل خارج می گردد بدون آنکه به این شبکه آسیبی برسد و در اثر نیروی مویینگی در هم بشکند. مثلاً، ژله خوراکی در اثر تبخیر معمولی دچار درهم شکستگی ساختار شبکه جامد می گردد. نخستین نمونه های هواژل از ژل اکسید سیلیسیم ساخته شدند و هواژل سیلیسی نامیده شدند. بعدها، کیستلر هواژل هایی با پایه اکسید آلومینیم، کروم و قلع ساخت. هواژل های کربنی در اواخر دهه 80 میلادی ساخته شدند.

هواژل، سبک ترین ماده جامد شناخته شده در دنیا است که چگالی سبک ترین نمونه ساخته شده از آن، تنها سه برابر هواست. در ابتدا فرض بر منفی بودن وزن این ماده بود، ولی با تحقیق متوجه وزن بسیار ناچیز ان شدند ویژگی های منحصربه فرد این ماده آن را یکی از پرکاربردترین مواد به کار رفته در مأموریت های فضایی ساخته است. به عنوان نمونه، مسئولان ناسا از هواژل به منظور جلوگیری از یخ زدگی ربات مریخ نورد در شب های سیاره بهرام استفاده کردند. هم چنین این ماده برای گردآوری ذرات کیهانی در فضا بسیار مناسب است و در جریان مأموریت استارداست از آن برای جمع آوری مواد موجود در هاله پیرامون دنباله دار وایلد-2 استفاده شد.

خواص آئروژل گرافن

خواص نوری: خواص نوری ایروژل ها به شرط فراوری بستگی دارد. این مواد در روشنایی به رنگ زرد و در تاریکی آبی دیده می گردد. روش های مختلف حذف آب یا رطوبت از ساختار ایروژل هاو شرایط واکنش از جمله پارامتر های مهم و مؤثر در خاصیت نوری ایروژل هامطرح هستند.

خواص مکانیکی: شنمایندگی انعطاف پذیری و پایداری ابعاد از جمله پارامتر های مهم در خواص مکانیکی ایروژل ها هستند. فشار الاستیک در ایروژل ها در حدود4-2درصدواستحکام کششی نیز در حدود 0.02N/mm2 است. ایروژل هایی که از طریق کاتالیزور اسیدی یا خنثی تهیه می شوند نسبت به ایروژل هایی که از طریق کاتالیزور بازی سنتز می گردد دو برابر سفتی بیشتری دارند.

راهنمایی گرمایی: راهنمایی گرمایی ایروژل ها تابعی از پارامتر هایی است:1-انتقال گرما از طریق فاز جامد 2-انتقال گرما از طریق فاز گازی 3-انتقال گرما از طریق بازتابش.

راهنمایی گرمایی فازجامد با افزایش چگالی افزایش می یابد. در حالی که راهنمایی گرمایی فاز گازی با افزایش چگالی کاهش می یابد و انتقال گرما از طریق تشعشع مستقل از چگالی ایروژل هاست. کمترین راهنمایی گرمایی ایروژل ها در چگالی 0.15g/cm3 است.

دیواره های شفاف: ایروژل ها به شدت اشعه فرو سرخ راجذب می نمایند و کمترین ضریب راهنمایی گرمایی در میان جامد ها را دارا می باشد که از آن ها به عنوان یک عایق حرارتی شفاف استفاده می گردد که مانعی برای انتقال نور خورشید و انتقال حرارت مناسب است. %91 از تابش ورودی در سطح زمین نهفته است که طول موج های 400-200 نانومتر می باشد که در آن شفافیت ایروژل ها کمتر از شیشه معمولی است. با این وجود در مقایسه با شیشه ایروژل ها یک عایق حرارتی منحصر به فردند که برای تجمع کارامد تر انرژی خورشیدی و حفظ گرمای ارائه شده از سیستم های گرمایشی استفاده می شوند.

فراوری آئروژل در ایران

مهدی دریانی، مدیر عامل شرکت دانش بنیان واکنش صنعت پارت در شهرک علمی تحقیقاتی اصفهان در تبادل نظر با خبرنگار مهر، با بیان اینکه این شرکت در جهت ارتقاء فراوری ملی و دستیابی به دانش فنی مواد نانو مقیاس فعالیت می نماید، گفت: این شرکت برای اولین بار در خاورمیانه اقدام به فراوری صنعتی ایروژل آب گریز سیلیس با نام تجاری ایرولیت نموده است.

وی بیان کرد:ایروژل یا هواژل، سبک¬ترین ماده جامد در دنیا شناخته شده که چگالی آن، تنها، سه برابر هواست.

دریانی با بیان اینکه ایروژل یک ماده جامد و با دانسیته¬ بسیار پایین تشکیل شده که از ژل مشتق می¬ گردد، گفت: در ایروژل اجزای مایع ژل با گاز جایگزین می¬ شوند و در نهایت مواد جامد با دانسیته پایین، دارای چندین خاصیت استثنایی فراوری می گردد.

وی گفت:یکی از خواص مهم ایروژل عایق بودن آن است. این ماده با القاب دود یخ زده، دود جامد و یا دود آبی هم شناخته شده و علت این نامگذاری طبیعت نیمه شفاف این ماده و نحوه¬ تفرق نور در ایروژل است.

دریانی با بیان اینکه ایروژل شبیه فوم استیرن است، اضافه نمود: با توجه به نگاه صنایع به سمت صرفه جویی هرچه بیشتر در هزینه¬ های انرژی، استفاده از عایق¬ ها با اقبال بیشتری روبرو شده، از این رو نسل جدید عایق¬ های صوتی، حرارتی و برودتی که توسط پودر سیلیس در حال فراوری هستند، جایگزین بسیار مناسبی برای عایق¬ های قدیمی می توانند باشند.

وی با تاکید بر اینکه سالهاست در ایران بهره¬ گیری از عایق¬های حرارتی و برودتی در صنایع مختلف انجام شده و احتیاج به استفاده از عایق¬ها به صورت همزمان با راه اندازی هر فناوری ضروری است، خاطر نشان کرد: ایروژل دارای ویژگی¬ های منحصر به فردی همچون، آبگریزی، راهنمایی کم حرارتی (0.014 W/Mk در دمای اتاق)، سطح ویژه بسیار زیاد و خاصیت جذب اشعه ماوراء بنفش است.

مدیر عامل این شرکت دانش بنیان یکی از ویژگی¬ های اکوستیک ایروژل را، تبدیل به عایقی موثر در مقابل صدا می¬ داند که این ماده کمترین ضریب شکست و ثابت دی الکتریک را در بین تمام مواد جامد دارد.

وی با اشاره به دیگر زمینه¬ های کاربرد ایروژل¬ ها بیان کرد: ایروژل خاصیت آبگریزی دارد و استفاده از ایروژل به عنوان یک ابر عایق حرارتی، جاذب بسیار قوی مواد آلی و نفتی، یک سنسور، ماده ای با ثابت دی¬ الکتریک پایین، و به عنوان یک منبع ذخیره کاربرد دارد.

دریانی اضافه نمود: همچنین از ایروژل می توان به عنوان عایق صوتی، جسمی مرکب و یک کاتالیست استفاده کرد و افزون بر آن در صنایع پوشاک، پارچه و پتو¬ها و ساختمان، سردنماینده¬ ها، پنجره¬ های سقفی از این ماده به کاربرد.

منبع: فرارو

به "آشنایی با آئروژل گرافن (هوا ژل) سبک ترین ماده دنیا" امتیاز دهید

امتیاز دهید:

دیدگاه های مرتبط با "آشنایی با آئروژل گرافن (هوا ژل) سبک ترین ماده دنیا"

* نظرتان را در مورد این مقاله با ما درمیان بگذارید