Airgeelikalvomateriaalien valmistusprosessi, tyypit ja levitysanalyysi
Ainutlaatuisen kolmiulotteisen nanohuokoisen rakenteensa ansiosta aerogeelillä on erinomainen lämmöneristyskyky, alhainen dielektrisyysvakio, alhainen lämmönjohtavuus, suuri ominaispinta-ala ja muut ominaisuudet, ja se on saanut laajaa huomiota elektroniikkalaitteiden, lämmöneristyksen ja energian varastoinnin aloilla. järjestelmät jne. Viime vuosina puettavien ja kannettavien elektroniikkatuotteiden markkinoiden nopean kehityksen myötä erilaisille energian varastointilaitteille on asetettu enemmän suorituskykyvaatimuksia, kuten erinomainen käyttöikä, joustavat työolosuhteet, ympäristöystävällisyys ja turvallisuus jne. ., ja aerogeelikalvomateriaalit ovat herättäneet laajaa huomiota alalla.
Airgeelikalvon valmistus
Epäorgaanisten aerogeelikalvojen, kuten Si02-airgeelikalvojen valmistuskustannukset ovat alhaiset, mutta nanohiukkasten välisten heikkojen yhteyksien ja aerogeelirungon haurauden vuoksi on vaikeaa rakentaa itsenäistä ja vahvaa aerogeelikalvoa, joka yleensä päällystetään kalvon pinnalle. kangassubstraatti pinnoitteen muodossa.
Useiden orgaanisten materiaalien tai orgaanisten-epäorgaanisten tai orgaanisten hiilikomposiittien yhdistämismenetelmällä voidaan korvata yksikomponenttisten aerogeelikalvomateriaalien viat ja saada aikaan täydentäviä etuja, mikä on väistämätön suuntaus aerogeelikalvomateriaalien kehityksessä.
Solin valmistus
Epäorgaanisissa systeemeissä piidioksidisooli valmistetaan yleensä käyttämällä vesilasia, metyyliortosilikaattia ja etyyliortosilikaattia esiasteina, jotka sekoitetaan liuottimien kanssa hydrolyysi-kondensaatioreaktioiden läpikäymiseksi värittömän ja läpinäkyvän liiman muodostamiseksi.
Orgaanisen aerogeelin valmistusprosessi on samanlainen kuin epäorgaanisen aerogeelin valmistusprosessi. Yleensä orgaaniset monomeerit tai oligomeerit liuotetaan liuottimiin ja kemiallisten reaktioiden kautta syntyy ketjullisia tai epäjärjes- tyneitä haarautuneita verkkorakenteita.
Selluloosasysteemisoolin valmistuksessa selluloosan välisten voimakkaiden molekyylien välisten voimien vuoksi sitä on vaikea liuottaa yleisillä liuottimilla. Siksi on välttämätöntä ensin liuottaa selluloosa tiettyyn liuottimeen stabiilin ja läpinäkyvän hydrosolin muodostamiseksi. Soolin vanhentamisen jälkeen yksittäiset kolloidipartikkelit polymeroituvat hitaasti muodostaen kolmiulotteisen verkkorakenteen.
Elokuvan valmistusprosessi
Riippuen aerogeelikalvojen erilaisista vaatimuksista, käytetyt kalvonvalmistusprosessit ovat myös erilaisia, mukaan lukien pääasiassa upotus-vetomenetelmä, spin-pinnoitusmenetelmä, ruiskutusmenetelmä, valumenetelmä jne. Yleensä sitä on kahdessa muodossa:
Yksi on substraatilla varustettu aerogeelipinnoite, joka pääosin päällystää tietyn viskositeetin omaavaa soolia substraatille kastamalla, vetämällä, kehrämällä, ruiskuttamalla, kaapimalla, mustesuihkupainatuksella jne. ja muodostaa ohutkalvorakenteen omaavan aerogeelimateriaalin. kuivauksen jälkeen;
Toinen on valmistaa aerogeelimateriaali suoraan itsenäiseksi valkoiseksi tukiairgeelikalvoksi leikkaamalla, valssaamalla, valamalla jne.
Airgeelikalvojen tyypit ja sovellukset
Airgeelikalvot voivat koostua useista eri komponenteista, kuten epäorgaanisista (SiO2, TiO₂, SiO2/TiO2 jne.) aerogeelikalvoista, orgaanisista (polyuretaani, polyimidi, selluloosa jne.) aerogeelikalvoista, komposiittiairgeelikalvoista (SiO{) {2}}pohjaiset, BN-pohjaiset, CNI-pohjaiset aerogeelikalvot jne.), biomassa- ja hiiliaerogeelikalvot.
Epäorgaaninen aerogeelikalvo
Epäorgaanisia aerogeelikalvomateriaaleja ovat pääasiassa SiO2, TiO2-airgeelikalvo jne., jotka valmistetaan tavallisesti alkoholisuolalla esiasteena happo-emäs-kaksivaiheisella katalyysillä, sooli-geeliprosessilla ja erilaisilla pinnoitusprosesseilla. Liuoksen pH ja prekursorin moolisuhde veteen vaikuttavat suoraan soolin hiukkaskokoon ja silloitusasteeseen. Yleensä epäorgaanisen aerogeelikalvon mekaaniset ominaisuudet ovat huonot, eikä niitä voida käyttää suoraan suurella alueella.
Orgaaninen aerogeelikalvo
Polyuretaani (PU) on lämpöä eristävä, luja ja huokoinen vaahtomateriaali, jolla on laaja tutkimusarvo aerogeelikalvomateriaalien valmistuksessa. Saadatnia et ai. kehitti polyuretaaniairgeelimateriaalin (PUA) valamalla, joka voi tehokkaasti parantaa triboelectric nanogeneratorin (TENG) suorituskykyä.
Epäorgaanisten ja orgaanisten järjestelmien aerogeelikalvoihin verrattuna rakenteessa ja suorituskyvyssä on eroja. Epäorgaaninen aerogeelikalvo, jota edustaa silikaaerogeelikalvo, on tällä hetkellä kypsempi aerogeelikalvo, jolla on enemmän tutkimusta lämmöneristyksen alalla.
Epäorgaanisista aerogeelikalvoista on kuitenkin yleensä vaikea muodostaa itsekantavia aerogeelikalvoja, koska epäorgaanisten nanohiukkasten (kuten piidioksidin ja metallin nanohiukkasten) välillä on heikko silloitus, jotka muodostavat aerogeelin rungon. Orgaanisilla polymeeriairgeelikalvoilla on usein paremmat mekaaniset ominaisuudet, hyvä lämmönkestävyys ja vetoominaisuudet ainutlaatuisten rakenteellisten ominaisuuksiensa ansiosta.
Komposiittiairgeelikalvot
[1] CNT-pohjaiset komposiittiairgeelikalvot
Cheng et ai. Kiinan tiedeakatemian Suzhoun nanoteknologiainstituutista ehdotti pinottua rakennesuunnittelustrategiaa hiilinanoputkiin (CNT) pohjautuvien aerogeelikalvojen valmistamiseksi, joissa on tiheä kerrostettu huokoinen rakenne. Suuntatiivistamisen ja hiiltymisen avulla kolmiulotteinen yksiulotteisten nanorakenteiden verkosto aramidin nanokuitu/hiilinanoputki hybridiairgeelikalvoissa voidaan rekonstruoida kerrokselliseksi huokoiseksi rakenteeksi, jossa on etusijalla suuntautuminen ja jatkuvat johtavat polut, jolloin saadaan suuri ominaispinta-ala (3419 m). /g) ja korkea johtavuus (8540S/m).
Kerrostetun huokoisen rakenteen ja korkean johtavuuden ansiosta CNI-pohjaisen aerogeelikalvon absoluuttinen ominaissuojaustehokkuus (SSE/t) voi saavuttaa 200647.9dB·㎝²/g, mikä on korkein arvo raportoiduista aerogeelimateriaaleista.
Biomassapohjaiset ja hiilikomposiittiairgeelikalvot
Biomassapohjaisilla ja hiilikomposiittiairgeelikalvomateriaaleilla on erinomaisia etuja, kuten edullinen hinta, erittäin kevyt ja ympäristöystävällisyys, minkä vuoksi niitä käytetään laajasti elektrodimateriaalien valmistuksessa. Komposiittiairgeelikalvot ovat saavuttaneet monikäyttöisyyden säilyttäen samalla yksikomponenttisten aerogeelikalvojen edut. Airgeelikalvojen mekaanisia ominaisuuksia voidaan parantaa polymeerimuunnoksilla, kuten polyuretaanilla; kaksiulotteisten epäorgaanisten nanomateriaalien, kuten BN:n, lisääminen parantaa sähköeristyskykyä; biomassapohjaisilla aerogeelikalvoilla on erinomaiset sähkökemialliset ominaisuudet jne.
Komposiittiairgeelikalvoilla on erinomaiset mekaaniset ominaisuudet, hyvä vakaus, joustavuus ja sitkeys, ja ne voivat myös vähentää painoa, säästää energiaa, vähentää melua ja muita toimintoja, jotka laajentavat sovellusaluetta. Niitä voidaan käyttää laajasti älyfilmeissä, puettavissa elektronisissa laitteissa, EMI-suojavaatteissa, henkilökohtaisissa lämmönhallintajärjestelmissä, elektrodimateriaaleissa ja biolääketieteellisissä kantoaineissa.
Päätelmät ja näkymät
Aerogeelikalvosoolien valmistustekniikan ja soolipinnoitusprosessin jatkuva parantaminen ja parantaminen, orgaanisten liuottimien käyttöönotto ja komposiittien trendi muiden materiaalien kanssa tarjoavat tehokkaan tavan aerogeelikalvojen valmistukseen ja suorituskyvyn parantamiseen sekä parantavat rakenteellista eheyttä, optista aerogeelikalvojen ohjattavuus, mekaaninen joustavuus jne.
Tämän artikkelin frontier-tutkimus on kuitenkin vielä alkuvaiheessa, ja laajaan valmisteluun ja käytännön soveltamiseen on vielä pitkä matka. Joitakin keskeisiä ongelmia on vielä ratkaistava:
① Perinteisten epäorgaanisten nanohiukkasten väliset yhteydet ovat heikkoja ja aerogeelin luuranko on hauras, mikä vaikeuttaa itsenäisen ja vahvan epäorgaanisen aerogeelikalvon rakentamista. Orgaanisen-epäorgaanisen komposiitti- tai hybridivalmistusreittejä voidaan käyttää parantamaan aerogeelikalvomateriaalin mekaanisia ominaisuuksia.
② Tällä hetkellä aerogeelikalvomateriaalien valmistusprosessi on monimutkainen ja valmistusprosessiin liittyy kalliita ja pitkäjaksoisia CO2-ylikriittisiä kuivaus- tai kylmäkuivausprosesseja, joita on vaikea saavuttaa erävalmistelussa. On pyrittävä tehokkaampaan ja edullisempaan kuivausprosessiin, jotta saavutettaisiin aerogeelikalvojen laajamittainen tuotanto ja käytännön käyttö.
③ Airgeelikalvomateriaalien toiminnallinen perustutkimusjärjestelmä ei ole vielä täydellinen, ja monitoimisten aerogeelikalvomateriaalien kehittäminen on tulevaisuuden kehitystrendi.
