-
معجزه‌ای از جنس هوا
لقب سبك‌ترین ماده جهان را دارد، اما گاهی بسادگی وزن یك خودرو را تحمل می‌كند، در عین كوچكی می‌تواند وسعتی به بزرگی یك زمین فوتبال را داشته باشد و با این ساختار عجیب و غریب یكی از پركاربردترین مواد در ماموریت‌های فضایی به شمار می‌رود.
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
این ماده كه آئروژل یا هواژل نام دارد به صورت باورنكردنی عایق حرارتی و صوتی بسیار خوبی است و در حالی كه 99.8درصد آن را هوا تشكیل می‌دهد، می‌تواند سبك‌ترین ماده جامدی باشد كه از چگالی بسیار پایینی برخوردار بوده و در آن اجزای مایع ژل با گاز جایگزین شده‌اند.
هواژل نخستین‌بار سال 1930 توسط ساموئل استفان كیستلر تولید شد؛ اما بسیار شكننده بود و نمی‌توانست تغییر شكل بدهد. ساخت این ماده با دست و به روش‌های سنتی بسیار سخت و هزینه بردار است؛ اما دانشمندان توانسته‌اند با پیشرفت فناوری آن را انعطاف‌پذیر ساخته و نمونه‌ای سبك‌تر تولید كنند در حالی كه چگالی سبك‌ترین نمونه ساخته شده از آن به روش دستی، حدود سه برابر هواست.
این ماده به نام‌های دود منجمد، دود جامد یا دود آبی نیز شناخته شده؛ چرا كه با ظاهری شفاف و نحوه پخش نوری خاص از دیگر مواد متمایز می‌شود.
هواژل دارای ساختار مولكولی بسیار قوی است و با كمترین چگالی و بالاترین سطح داخلی نسبت به هر ماده جامد دیگر خصوصیات منحصر به فردی دارد.این ماده دارای قدرت عملكردی بالایی در زمان تصادم بوده، رسانای الكتریسیته است و با افزایش فعالیت كاتالیستی نقش بزرگی در حل معماهای علم شیمی دارد.
برخی حقایق جالب
یك گرم هواژل می‌تواند زمینی به مساحت 250 تا 300 مترمربع را اشغال كند.
دارای بیشترین تخلخل در بین مواد است، شاید تنها ماده‌ای است كه بتواند بیشتر از 95 درصد تخلخل داشته باشد. این ماده را می‌توان با تركیب گسترده‌ای از مواد شیمیایی و به صورت چندمنظوره ساخت. در عین حال بنا بر تعاریف نظری قادر است حدود 500 تا 4000 برابر وزن وارد شده به خود را تحمل كند.
هواژل سیلیكا
آئروژل انواع گوناگونی دارد كه مهم‌ترین آنها بر پایه سیلیسیم ساخته می‌شود و سبك‌ترین هواژل‌ها را تشكیل می‌دهد. سیلیكا معمول‌ترین نوع هواژل است كه از ژل سیلیكا مشتق شده است. چگالی هواژل سیلیكا یك میلی‌گرم بر سانتی‌متر مكعب بوده و سبك‌ترین ماده جامد شناخته شده جهان است. هواژل سیلیكا بشدت توانایی جذب اشعه مادون قرمز را دارد و نور می‌تواند به ساختار ماده نفوذ كند. این ماده دارای 15 ركورد ثبت شده در كتاب گینس برای كاربرد در زمینه‌های متفاوت از جمله بهترین عایق و پایین‌ترین چگالی یك ماده جامد است.
هواژل كربن
آئروژل كربن از ذرات با اندازه‌های مختلف در محدوده نانومتری و كووالان متصل به هم تشكیل شده است. دارای تخلخل بسیار بالایی هستند و بیش از 50 درصد ذرات دارای قطر منافذی كمتر از 100 نانومتر و سطح مساحتی بین 400 تا هزار مترمربع بر گرم دارند.
بسته به میزان چگالی كربن هواژل با پایه كربن می‌تواند رسانای الكتریكی برای ساخت كامپوزیت كاغذ و استفاده جهت الكترود در خازن باشد و به دلیل سطح بالایی كه دارند برای خازن‌هایی با ظرفیت بسیار زیاد نیز كاربرد دارند.
هواژل كربن بشدت در طیف مادون قرمز، سیاه بوده و منعكس كننده فقط 0.3 درصد از اشعه بین 250 نانومتر و 14.3 میكرومتر است، از این‌رو ساخت آنها برای جمع‌آوری انرژی خورشیدی كارآمد است.
تولید هواژل
هواژل توسط یك فرآیند شناخته شده به نام خشك كردن فوق بحرانی تولید می‌شود كه در آن مایع از شكل ژل پایه جدا شده و با یك گاز جایگزین می‌شود.
با استفاده از این روش مایع به آهستگی از درون شبكه جامد ژل خارج می‌شود، بدون آن كه به این شبكه آسیبی برسد.مانند ژلاتین نمونه‌های اولیه از مخلوط كردن یك تركیب سیلیكون مایع و حلال مایعی كه به سرعت تبخیر می‌شود به دست می‌‌آمد، بعدها هواژل‌هایی با پایه اكسید آلومینیم، كروم، قلع و كربن ساخته شدند.
دستاوردهای جدید
در یكی از مراكز تحقیقاتی وابسته به ناسا هواژل پلیمری قوی، انعطاف‌پذیر و مقاوم در برابر خم و خرد شدن ساخته شده است. نمونه‌های جدید تا 500 برابر از نمونه‌های مشابه خود مقاوم‌تر هستند.
دانشمندان طی سال‌ها به ارتقای قدرت این هواژل‌ها پرداخته‌اند به عنوان مثال هواژل سیلیس از چگالی مشابه و مقاومتی بالا برخوردار است. همچنین تولید آنها به شكل نازك نیز امكان‌پذیر بوده كه به‌دلیل انعطاف‌پذیری بالا طیف گسترده‌ای از كاربری‌های تجاری و صنعتی را شامل می‌شود.
همچنین می‌توان از این هواژل‌های منعطف كه پنج تا ده برابر كارآمدتر از نمونه‌های كنونی هستند برای پوشش‌های فوق عایق جهت گرم نگهداشتن افراد در سرما، دیواره‌های نازك‌تر یخچال، فریز و دیگر عایق‌ها استفاده كرد.
استفاده از این ماده برای صنایع نظامی نیز كاربرد دارد. موتورهای هواپیماهای نظامی و بالگردها مقدار زیادی گرما تولید می‌كنند، به این معنی كه می‌توانند مورد حمله موشك‌هایی قرار گیرند كه با جستجوی گرما هواپیماها را ردیابی می‌كنند؛ بنابراین اگر موتور به وسیله سپری از یك لایه از هواژل پوشانده شود گرمای كمتری را انتشار می‌دهد و می‌تواند تعقیب نشود.
همچنین هواژل می‌تواند برای جلوگیری از هدر رفت حرارت از لوله‌های آب گرم استفاده شود و با خاصیت بهترین عایق بودن و دیگر ویژگی‌های شگفت‌آور یكی از رازهای آینده بشر برای حفظ منابع تامین انرژی زمین و حفظ محیط زیست باشد.
mechanicalengineering
-
-
منتشر شده در تاریخ 25 بهمن هستش و امروز 7 اسنفد هستیم. اینطور که شما گفتی قدیمی نیست و در واقع در این انجمن بیشتر باید توجه داشت قبلن این مطلب ارسال نشده باشه.
-
سلام
مطلب جالبی بود اگر در مورد روش ساخت اطلاع بیشتری دارید قرار بدید ممنون
