هواژل سبک ترین ماده جهان
علمی و تکنولوژی › علمی
- 97/09/12
محققان چینی موفق به ساخت سبک ترین ماده جهان از جنس هواژل گرافن شده اند. این ماده ی اسفنجی شکل از کربن و اکسید گرافن منجمد-خشک شده ساخته شده است و آنقدر سبک است که می توان آن را بر روی یک گل قرار دادچگالی این ماده تنها 0٫16 میلی گرم بر سانتی متر مکعب است و تنها دو برابر چگالی هیدروژن و کمتر از چگالی هلیوم می باشد. این ساختار منحصر به فرد با وجود سبک بودن استحکام بالایی نیز دارد و یک متر مربع از آن که تنها 0٫77 میلی گرم وزن دارد می تواند یک گربه ی 4 کیلوگرمی را تحمل کند. همچنین انعطاف پذیری این ماده در حدی است که می تواند فاقد پاره شدن تا 20 درصد کشیده شود. این ماده تقریباً شفاف است. این ماده همچنین یک رسانای عالی الکتریسیته است و از مس هم رساناتر می باشد.
هواژل برای نخستین بار توسط ساموئل استفان کیستلر در سال 1931 ساخته شد و تولید آن بر اساس یک شرط‌بندی برای جایگزین کردن قسمت مایع ژله خوراکی با گاز بود بدون آن‌که ساختار ژله در هم بشکند
کاربرد هواژل
1.عایق حرارتی:
ایروژل هاکمترین مقدار هدایت گرمایی را نسبت به به دیگر عایق‌ها دارد. از جمله مزایای دیگر ایروژها آتش‌گیر نبودن آنهاست. این عایق‌ها در سیستم‌های گرمایشی و سرمایشی و باتریهای با کاربرد دمای بالا؛ عایق لوله‌ها؛ مخازن تحت گرما و سرما لوله اگزوز ماشین به عنوان پوشش جاذب انرژی خورشید در سلول‌های خورشیدی جهت ذخیره‌سازی انرژی و… می‌توانند به کار برده شوند.
2.کاربرد های آکوستیک:
ایروژل ها امپدانس آکوستیک بسیار پایینی دارند و به عنوان کاندیدای مناسبی برای ساخت تجهیزات جاذب صدا و ضربه مطرح هستند. کارایی عایق آکوستیکی کامپوزیت‌های سیلیکاایروژل محدوده فرکانس پایین بسیار عالی است.
3.کاربرد های ساختمانی:
ویژگی برجستهٔ ایروژلها باعث می‌شود تا در ساختمان‌ها نیز مورد استفاده قرار گیرند. هدایت گرمایی کم و شفافیت ایروژلها باعث می‌شود تا در سقف‌ها پنجره‌ها و پوشش‌های کلکتور خورشیدی کاربرد داشته باشد. ویژگی‌های صوتی ایروژلها آن‌ها را تبدیل به عایق‌های صوتی خوبی کرده‌است. صفحهٔ ایروژل با پراکندگی بهبود قابل توجهی در خاصیت عایق صوتی نشان می‌دهد. بوراتی و مورتی با ترکیب چندین نوع شیشه با ایروژلها گرانولی و یکپارچه هشت نمونه ساختند.نتایج نشان داد که انتقال نور ایروژل یکپارچه بهتر از ایروژل گرانولی است. هم چنین نشان داد که ایروژل گرانولی خاصیت عایق صوتی ساختمان را بهبود می‌بخشد. اندازه‌گیری‌های صوتی نشان داد که ضریب عایق صوتی Rبرای پنجره‌هایی که فضای میانی شان ایروژل است 3 دسی بل بیشتر از پنجره‌های مشابهی است که در فضای میانی شان هوا وجود دارد. جیبیات و همکارانش ویژگی‌های صوتی ایروژل سیلیسی استوانه‌ای را در محدودهٔ شنوایی و ما فوق صوت مورد بررسی قرار دادند. اندازه‌گیری‌های سرعت برای فرکانس‌های ما فوق صوت پایین نشان دادند که ایروژلها با چگالی کم می‌توانند تضعیف غیرمنتظره‌ای در باندهای فرکانسی تعریف شده داشته باشد. اما اندازه‌گیری امپدانس صوتی نمونه‌ها در محدودهٔ شنیداری نشان داد که نتایج وابسته به شکل هندسی یا شرایط مرزی اعمال شده ذر نمونه‌ها است.
4.کاربرد کاتالیزوری:
اکسیدهایی که برای عملکرد کاتالیزوری مناسب باشد به فرم ایروژل می‌توانند سنتز شوند. ایروژلها به صورت پودر گرانول و ساختار مونولیت (این مونولیت که در واقع بستری با سطح ویژه زیاد برای قرارگیری مواد کاتالیزوری است معمولاً به شکل استوانه‌ا‌ای با سطح مقطع دایره یا بیضی است) می‌توانند تهیه شوند. کاربرد کاتالیزوری این ترکیبات از سال 1974 مورد تحقیق و بررسی بوده‌است. برخی از واکنش‌هایی که ایروژلها نقش کاتالیزوری ایفا کرده‌است عبارت است از:نیترو اکسیداسیون هیدرو کربن‌ها به نیتریلها-هیدروژناسیون نیترو بنزن‌ها به انیلین وکاتالیزور احتراق در اگزوز اتومبیل
5.کاربرد های الکتریکی و الکترونیکی:
ایروژل‌های کربنی گزینهٔ مناسبی جهت استفاده در ساختار الکترودهای باتری‌ها و حسگر خازن‌ها هستند زیرا مقاومت الکتریکی پایینی از خودشان نشان می‌دهند. بالا بردن مساحت سطح در واحد حجم ایروژلها باعث می‌شود تا بار الکتریکی بیشتری ذخیره شود و این عملکرد برای حسگرهای خازن بسیار مناسب است. ایروژل‌های آلی و ایروژل‌های از نوع اکسید فلزی مواد بسیار مناسبی برای کاربردهای دی الکتریک پایین هستند و می‌توان ازآنها در تهیهٔ عایق‌های ولتاژ بالا استفاده نمود فیلم‌های ایروژل نیز برای ساخت میکرو الکترونیک‌ها مناسب هستند
خاصیت دی الکتریک پایین ایروژلها باعث بالا رفتن سرعت مدارهای الکترونیکی می‌شود و همچنین ثابت دی الکتریک ایروژلها قابل کنترل است زیرا با کنترل درجه تخلخل و چگالی این مواد می‌توانند ثابت دی الکتریک را نیز به دلخواه تغییر داد.
6.کاربر های اپتیکی:
مکان استفاده از ایروژلها در محدوده طول موج 100–20 نانومتر به عنوان فیلترهای نوری وجود دارد. همچنین درساختار لیزرها و منابع نور رادیو لومینسانس نیز کاربرد دارد
فیلم‌های ایروژل می‌توانند به عنوان پوشش اپتیک بر روی سلول‌های خورشیدی نصب شوند زیرا ضریب شکست پایینی دارند در ضمناین فیلم‌ها را به لایه خارجی فیبرهای نوری نیز اعمال می‌کنند تا کارایی جذب نور و ضریب انتشار بهبود یابد.
