Процес припреме, врсте и анализа примене аерогел филмских материјала
Због своје јединствене тродимензионалне нанопорозне структуре, аерогел показује одличне перформансе топлотне изолације, ниску диелектричну константу, ниску топлотну проводљивост, велику специфичну површину и друге карактеристике, и добио је широку пажњу у области електронске опреме, топлотне изолације, складиштења енергије. системи итд. Последњих година, са брзим развојем тржишта носивих и преносивих електронских производа, постављени су већи захтеви за перформансе за различите уређаје за складиштење енергије, као што су одличан животни век, флексибилни радни услови, еколошка прихватљивост и безбедност итд. ., а аерогел филмски материјали су привукли широку пажњу у индустрији.
Припрема аерогел филма
Неоргански аерогел филмови као што су Си02 аерогел филмови имају ниске трошкове припреме, али због слабих веза између наночестица и крхкости скелета аерогела, тешко је конструисати независан и јак аерогел филм, који је углавном обложен на површини платнена подлога у облику премаза.
Методом мешања више органских материјала или органско-неорганских или органско-угљеничних композита могу се надокнадити недостаци једнокомпонентних аерогел филмских материјала и постићи ефекат комплементарних предности, што је неизбежан тренд у развоју аерогел филмских материјала.
Припрема сол
У неорганским системима, сол силицијум диоксида се углавном припрема са воденим стаклом, метил ортосиликатом и етил ортосиликатом као прекурсорима, који се мешају са растварачима да би се подвргли реакцијама хидролизе-кондензације да би се формирао безбојни и провидни лепак.
Процес припреме органског аерогела сола је сличан оном неорганског аерогела. Генерално, органски мономери или олигомери се растварају у растварачима, а ланчане или неуређене разгранате мрежне структуре се стварају хемијским реакцијама.
За припрему раствора целулозног система, због јаких интермолекуларних сила између целулозе, тешко се раствара општим растварачима. Због тога је неопходно прво растворити целулозу у одређеном растварачу да би се формирао стабилан и провидан хидросол. Након што сол одлежи, појединачне колоидне честице се полако полимеризују да би се формирала тродимензионална мрежна структура.
Процес снимања филма
У зависности од различитих захтева за аерогел фолије, коришћени процеси прављења филма су такође различити, углавном укључујући методу потапања-извлачења, методу центрифугирања, методу прскања, методу ливења, итд. Генерално, он генерално постоји у два облика:
Један је аерогел премаз са супстратом, који углавном облаже сол одређеног вискозитета на подлогу помоћу умакања, повлачења, центрифугирања, прскања, стругања, инкјет штампе, итд., и формира аерогел материјал са структуром танког филма. након сушења;
Други је да директно припремите аерогел материјал у независни бели потпорни аерогел филм шишањем, ваљањем, ливењем итд.
Врсте и примена аерогел филмова
Аерогел филмови могу бити састављени од разних различитих компоненти, као што су неоргански (СиО2, ТиО₂, СиО2/ТиО₂, итд.) аерогел филмови, органски (полиуретан, полиимид, целулоза, итд.) аерогел филмови, композитни аерогел филмови (СиО{ {2}}аерогел фолије на бази, на бази БН, аерогел фолије на бази ЦНИ, итд.), фолије од биомасе и угљеничног аерогела.
Неоргански аерогел филм
Неоргански аерогел филмски материјали углавном укључују СиО2, ТиО₂ аерогел филм, итд., који се обично припремају са алкохолном сољу као прекурсором кроз кисело-базну катализу у два корака, сол-гел процес и различите процесе облагања. пХ раствора и моларни однос прекурсора и воде ће имати директан утицај на величину честица сола и степен умрежавања. Генерално, механичка својства неорганског аерогел филма су лоша и не могу се користити директно на великој површини.
Органски аерогел филм
Полиуретан (ПУ) је пенасти материјал са топлотном изолацијом, високом чврстоћом и порозношћу, који има велику истраживачку вредност у припреми аерогел филмских материјала. Саадатниа ет ал. развио полиуретански аерогел (ПУА) материјал ливењем, који може ефикасно побољшати перформансе трибоелектричног наногенератора (ТЕНГ).
У поређењу са аерогел филмовима неорганских и органских система, постоје разлике у структури и перформансама. Неоргански аерогел филм представљен силика аерогел филмом је тренутно зрелији аерогел филм са више истраживања у области топлотне изолације.
Међутим, неорганске аерогел филмове је обично тешко формирати самоносеће аерогел филмове због слабог умрежавања између неорганских наночестица (као што су силицијум диоксид и металне наночестице) које чине скелет аерогела. Органски полимерни аерогел филмови често имају боље механичке особине, добру термичку стабилност и затезна својства због својих јединствених структурних карактеристика.
Композитни аерогел филмови
[1] Композитни аерогел филмови на бази ЦНТ-а
Цхенг ет ал. са Института за нанотехнологију Сузхоу, Кинеска академија наука предложила је сложену структурну инжењерску стратегију за припрему аерогел филмова на бази угљеничних наноцеви (ЦНТ) са густим слојевитим порозним структурама. Кроз усмерену дензификацију и карбонизацију, тродимензионална мрежа једнодимензионалних наноструктура у хибридним аерогел филмовима арамидних нановлакна/угљеничних наноцеви може се реконструисати у слојевиту порозну структуру са преференцијалном оријентацијом и континуираним проводним путевима, чиме се добија висока специфична површина (3419). /г) и високе проводљивости (8540С/м).
Захваљујући слојевитој порозној структури и високој проводљивости, апсолутна специфична ефикасност заштите (ССЕ/т) аерогел филма на бази ЦНИ може да достигне 200647,9дБ·㎝²/г, што је највећа вредност међу пријављеним материјалима аерогела.
Аерогел фолије на бази биомасе и угљеничног композита
Материјали на бази биомасе и угљенични композитни аерогел филмски материјали имају одличне предности као што су ниска цена, ултра-лагана и еколошка прихватљивост, што их чини широко примењеним у припреми материјала за електроде. Композитне аерогел фолије су постигле мултифункционалност док су задржале предности једнокомпонентних аерогел филмова. Механичка својства аерогел филмова могу се побољшати модификацијом полимера као што је полиуретан; додавање дводимензионалних неорганских наноматеријала као што је БН побољшава перформансе електричне изолације; аерогел филмови на бази биомасе имају одлична електрохемијска својства итд.
Композитни аерогел филмови имају одличне механичке особине, добру стабилност, флексибилност и жилавост, а такође могу постићи смањење тежине, уштеду енергије, смањење буке и друге функције, проширујући поље примене. Могу се широко користити у паметним филмовима, носивим електронским уређајима, одећи за заштиту од електромагнетних зрачења, личним системима за управљање топлотом, материјалима за електроде и биомедицинским носачима.
Закључак и изглед
Континуирано унапређење и унапређење технологије припреме аерогел филма сол и процеса сол премаза, увођење органских растварача и тренд композита са другим материјалима пружају ефикасан начин за припрему и побољшање перформанси аерогел филмова и побољшавају структурни интегритет, оптички управљивост, механичка флексибилност итд. аерогел филмова.
Међутим, гранично истраживање у овом чланку је још увек у раним фазама и још је дуг пут до велике припреме и практичне примене. Неки кључни проблеми тек треба да се реше:
① Везе између традиционалних неорганских наночестица су слабе, а скелет аерогела је крхак, што отежава изградњу независног и снажног неорганског аерогел филма. Органско-неоргански композитни или хибридни путеви припреме могу се усвојити да би се материјалу аерогел филма дала боља механичка својства.
② Тренутно је процес припреме аерогел филмских материјала сложен и процес припреме укључује скупо и дуготрајно ЦО2 суперкритично сушење или процесе сушења замрзавањем, које је тешко постићи припремом серије. Треба тражити ефикаснији и јефтинији процес сушења да би се постигла производња великих размера и практична примена аерогел филмова.
③ Функционални основни систем истраживања аерогел филмских материјала још није савршен, а развој мултифункционалних аерогел филмских материјала је будући тренд развоја.
