аэрогель в лаборатории в Эдмонтоне

Исследования и разработки аэрогеля в лабораториях Эдмонтона

Эдмонтон, Альберта, стал важным центром передовых исследований материалов., технология аэрогеля находится в центре внимания академических и промышленных лабораторий компании.. Аэрогели, часто называемый "замороженный дым" из-за их неземного вида, представляют собой сверхлегкие твердые материалы, полученные из гелей, в которых жидкий компонент заменен газом.. В результате получается вещество, обладающее исключительными свойствами.: чрезвычайно низкая плотность, непревзойденная теплоизоляция, высокая пористость, и огромная площадь внутренней поверхности. Лаборатории по всему Эдмонтону, в первую очередь в Университете Альберты и в растущем секторе чистых технологий провинции., активно разрабатывают новые методы синтеза, изучение экологически чистого сырья (как целлюлоза из побочных продуктов лесного хозяйства), и разработка практического применения этих наноматериалов в областях, имеющих решающее значение для Альберты и за ее пределами., такие как энергоэффективность, Восстановление окружающей среды, и аэрокосмическая промышленность.

Инновации в синтезе и составе материалов

Большая часть местных исследований направлена ​​на преодоление традиционных проблем аэрогеля, а именно хрупкости., гигроскопичность (поглощение влаги), и высокие производственные затраты — при одновременном повышении функциональности. Ключевым направлением прогресса является разработка аэрогелей на биологической основе из возобновляемых ресурсов..

Тип аэрогеля	Типичный базовый материал	Ключевое направление исследований в Edmonton Labs	Потенциальное преимущество
Кремнезем Аэрогель	Алкоксиды кремния	Механическое армирование (создание гибких композитов), уменьшение хрупкости.	Сохраняет превосходную изоляцию; повышенная долговечность для строительных работ.
Полимерный аэрогель	Различные органические полимеры	Настройка химической структуры для удельного поглощения или эластичности.	Универсальные механические свойства; использование в фильтрации.
Биологический аэрогель (НАПРИМЕР., Целлюлоза)	Нанокристаллическая целлюлоза (НКЦ), лигнин	Использование потоков отходов лесного хозяйства и сельского хозяйства Альберты в качестве недорогого сырья.	Устойчивый, Биоразлагаемый, часто более механически прочный, чем кремнезем.
Углеродный аэрогель	Резорцин-формальдегид или предшественники биомассы	Оптимизация проводимости устройств хранения энергии (суперконденсаторы).	Высокая электропроводность; применение в электродах.

Примечательный проект предполагает создание гибридных аэрогелей, сочетающих кремнезем с нановолокнами целлюлозы.. Этот подход направлен на объединение высочайших изоляционных качеств диоксида кремния с повышенной механической прочностью и профилем устойчивости компонентов, полученных из целлюлозы..

Практический пример применения: Ликвидация разливов нефти

Убедительный пример прикладных исследований аэрогеля из лабораторий Эдмонтона посвящен очистке окружающей среды.. Исследователи разработали гидрофобные и олеофильные аэрогели на основе целлюлозы, специально предназначенные для разделения нефти и воды.. В одном задокументированном случае (опубликовано в таких журналах, как Прикладные материалы ACS & Интерфейсы), команда создала сверхлегкий аэрогель из переработанных бумажных волокон и специальных гидрофобных веществ..

Процесс, включающий:

1. Создание геля из химически обработанных целлюлозных волокон..
2. Использование замены растворителя и сушки сверхкритическим CO₂ — метода, доступного в нескольких инженерных лабораториях Университета Альберты — для удаления всей жидкости без разрушения хрупкой наноструктуры..
3. Полученный аэрогель продемонстрировал исключительную способность избирательно поглощать сырую нефть и органические растворители с поверхности воды в объемах, во много раз превышающих его собственный вес..
4. Впитавшееся масло можно было извлечь механическим выдавливанием., возможность повторного использования как масла, так и аэрогелевого сорбента..

Этот случай напрямую решает региональную экологическую проблему и демонстрирует, как местные потоки отходов могут быть превращены в высокоэффективные материалы для восстановления..

---

Часто задаваемые вопросы (Часто задаваемые вопросы)

1. Что делает аэрогели такими эффективными изоляторами?
Их изолирующая способность обусловлена ​​их наноструктурой.: пористая сеть, где более 90% часть объема составляет воздух. Это резко ограничивает все три режима теплопередачи — проводимость. (твердая матрица минимальна), конвекция (поры слишком малы для воздушных потоков), и радиация (можно смягчить с помощью глушителей). Аэрогели кремнезема могут иметь теплопроводность ниже, чем застоявшийся воздух..

2. Почему не везде используют аэрогели, если они так хороши?
Исторически, стоимость и хрупкость были основными препятствиями. Традиционное производство предполагает использование дорогих прекурсоров и энергоемкий процесс сушки. (сверхкритическая сушка). Хотя все же дороже, чем обычные изоляционные материалы, такие как стекловолокно или пенопласт., текущие исследования в Эдмонтоне и во всем мире в области сушки при атмосферном давлении и биологических прекурсоров активно работают над снижением затрат и улучшением технологичности для массового применения..

3. Безопасно ли обращаться с аэрогелями?
В монолитном виде, большинство синтезированных аэрогелей инертны и нетоксичны.. Однако, традиционные аэрогели кремнезема могут быть очень хрупкими и при раскрошении образовывать мелкую пыль., который требует стандартной защиты органов дыхания от твердых частиц во время работы в лаборатории или на производстве.. Разрабатываемые новые композитные и биологические аэрогели призваны стать гораздо более прочными и безопасными в обращении..

4 . Насколько Эдмонтон особенно подходит для такого рода исследований??
Эдмонтон выигрывает от сильного стечения факторов: инженерные и химические программы мирового уровня в Университете Альберты, обеспечивающие фундаментальные исследования; провинциальный опыт в отраслях добычи полезных ископаемых, которые создают обе проблемы (Относящийся к окружающей среде) и возможности сырья (побочные продукты); согласованы провинциальные инновационные приоритеты в области чистых технологий; специализированные объекты, такие как nanoFAB, для определения характеристик; оборудование для сушки сверхкритического CO2, распространенное в обеих университетских лабораториях благодаря устаревшим исследованиям в области энергетики.

5 . Каково наиболее вероятное крупномасштабное применение разработанных здесь аэрогелей??
Изоляция зданий является основной целью из-за ее огромного рыночного потенциала, влияющего на энергоэффективность. Биоаэрогелевые композиты, которые обеспечивают превосходную изоляцию с улучшенной огнестойкостью, влагостойкостью.,и меньшее содержание углерода, чем чисто синтетические пенопласты, являются предметом особого внимания. Интеграция в изолированные стеклопакеты или в качестве панелей для внутренней модернизации активно исследуется.