Postupak pripreme, vrste i analiza primjene aerogel film materijala
Zbog svoje jedinstvene trodimenzionalne nanoporozne strukture, aerogel pokazuje izvrsnu toplinsku izolaciju, nisku dielektričnu konstantu, nisku toplinsku vodljivost, visoku specifičnu površinu i druge karakteristike, a dobio je široku pozornost u područjima elektroničke opreme, toplinske izolacije, pohrane energije sustavi, itd. Posljednjih godina, s brzim razvojem tržišta nosivih i prijenosnih elektroničkih proizvoda, postavljeno je više zahtjeva za performanse za razne uređaje za pohranu energije, kao što su izvrstan radni vijek, fleksibilni radni uvjeti, prihvatljivost za okoliš i sigurnost itd. ., i aerogel filmski materijali privukli su široku pozornost u industriji.
Priprema aerogel filma
Filmovi anorganskog aerogela kao što su filmovi aerogela Si02 imaju niske troškove pripreme, ali zbog slabih veza između nanočestica i krhkosti kostura aerogela, teško je konstruirati neovisan i jak film aerogela, koji je općenito obložen na površini platnena podloga u obliku premaza.
Metodom spajanja nekoliko organskih materijala ili organsko-anorganskih ili organsko-ugljičnih kompozita mogu se nadoknaditi nedostaci jednokomponentnih aerogel filmskih materijala i postići učinak komplementarnih prednosti, što je neizbježan trend u razvoju aerogel filmskih materijala.
Priprema sol
U anorganskim sustavima, silicij dioksid se općenito priprema s vodenim staklom, metil ortosilikatom i etil ortosilikatom kao prekursorima, koji se miješaju s otapalima kako bi se podvrgnuli reakcijama hidrolize-kondenzacije da bi se formiralo bezbojno i prozirno ljepilo.
Proces pripreme organskog aerogel sola sličan je onom za anorganski aerogel. Općenito, organski monomeri ili oligomeri otopljeni su u otapalima, a lančane ili neuređene razgranate mrežne strukture nastaju kroz kemijske reakcije.
Za pripremu sola celuloznog sustava, zbog jakih međumolekulskih sila između celuloze, teško ju je otopiti u uobičajenim otapalima. Stoga je potrebno prvo otopiti celulozu u određenom otapalu kako bi nastao stabilan i proziran hidrosol. Nakon što je sol odležao, pojedinačne koloidne čestice polako polimeriziraju kako bi oblikovale trodimenzionalnu mrežnu strukturu.
Proces snimanja filma
Ovisno o različitim zahtjevima aerogel filmova, korišteni postupci izrade filma također su različiti, uglavnom uključujući metodu uranjanja i izvlačenja, metodu nanošenja, metodu raspršivanja, metodu lijevanja itd. Općenito, općenito postoji u dva oblika:
Jedan je premaz aerogelom sa supstratom, koji uglavnom oblaže sol određene viskoznosti na supstrat uranjanjem, povlačenjem, centrifugiranjem, prskanjem, struganjem, inkjet ispisom itd., i formira aerogel materijal sa strukturom tankog filma. nakon sušenja;
Drugi je izravna priprema aerogel materijala u nezavisni bijeli potporni aerogel film rezanjem, valjanjem, lijevanjem itd.
Vrste i primjena aerogel filmova
Aerogel filmovi mogu biti sastavljeni od niza različitih komponenti, kao što su anorganski (SiO2, TiO₂, SiO2/TiO₂, itd.) aerogel filmovi, organski (poliuretan, poliimid, celuloza itd.) aerogel filmovi, kompozitni aerogel filmovi (SiO{ {2}}bazirani, BN-bazirani, CNI-bazirani aerogel filmovi, itd.), filmovi od biomase i ugljičnog aerogela.
Anorganski aerogel film
Anorganski aerogel filmski materijali uglavnom uključuju SiO2, TiO₂ aerogel film, itd., koji se obično pripremaju s alkoholnom soli kao prekursorom kiselinsko-baznom katalizom u dva koraka, sol-gel postupkom i različitim postupcima oblaganja. pH otopine i molarni omjer prekursora prema vodi imat će izravan utjecaj na veličinu čestica sola i stupanj umrežavanja. Općenito, mehanička svojstva anorganskog aerogel filma su loša i ne može se koristiti izravno na velikoj površini.
Organski aerogel film
Poliuretan (PU) je pjenasti materijal toplinske izolacije, visoke čvrstoće i poroznosti, koji ima veliku istraživačku vrijednost u pripremi aerogelnih filmskih materijala. Saadatnia i sur. razvili su poliuretanski aerogel (PUA) materijal lijevanjem, koji može učinkovito poboljšati performanse triboelektričnog nanogeneratora (TENG).
U usporedbi s aerogel filmovima anorganskih i organskih sustava, postoje razlike u strukturi i performansama. Film od anorganskog aerogela predstavljen filmom od silika aerogela trenutno je zreliji aerogel film s više istraživanja u području toplinske izolacije.
Međutim, filmove anorganskog aerogela obično je teško oblikovati samonosive filmove aerogela zbog slabog umrežavanja između anorganskih nanočestica (kao što su nanočestice silicija i metala) koje čine kostur aerogela. Filmovi aerogela od organskog polimera često imaju bolja mehanička svojstva, dobru toplinsku stabilnost i vlačna svojstva zbog svojih jedinstvenih strukturnih karakteristika.
Kompozitni aerogel filmovi
[1] Kompozitni aerogel filmovi na bazi CNT-a
Cheng i sur. s Instituta za nanotehnologiju Suzhou Kineske akademije znanosti predložio je strategiju strukturalnog inženjeringa za pripremu filmova aerogela na bazi ugljikovih nanocijevi (CNT) s gustim slojevitim poroznim strukturama. Usmjerenim zgušnjavanjem i karbonizacijom, trodimenzionalna mreža jednodimenzionalnih nanostruktura u hibridnim filmovima aerogela od aramidnih nanovlakna/ugljičnih nanocijevi može se rekonstruirati u slojevitu poroznu strukturu s preferiranom orijentacijom i kontinuiranim vodljivim stazama, čime se dobiva visoka specifična površina (3419 m /g) i visoke vodljivosti (8540S/m).
Zahvaljujući slojevitoj poroznoj strukturi i visokoj vodljivosti, apsolutna specifična učinkovitost zaštite (SSE/t) aerogel filma na bazi CNI može doseći 200647,9dB·㎝²/g, što je najveća vrijednost među prijavljenim aerogel materijalima.
Aerogel filmovi na bazi biomase i ugljični kompozitni filmovi
Filmski materijali temeljeni na biomasi i ugljični kompozitni aerogel filmski materijali imaju izvrsne prednosti kao što su niska cijena, ultra lagani i ekološki prihvatljivi, što ih čini naširoko korištenim u pripremi materijala za elektrode. Kompozitne aerogel folije postigle su multifunkcionalnost, a zadržale su prednosti jednokomponentnih aerogel folija. Mehanička svojstva aerogel filmova mogu se poboljšati modifikacijom polimera kao što je poliuretan; dodavanje dvodimenzionalnih anorganskih nanomaterijala kao što je BN poboljšava učinkovitost električne izolacije; aerogel filmovi na bazi biomase imaju izvrsna elektrokemijska svojstva itd.
Kompozitni aerogel filmovi imaju izvrsna mehanička svojstva, dobru stabilnost, fleksibilnost i žilavost, a također mogu postići smanjenje težine, uštedu energije, smanjenje buke i druge funkcije, proširujući polje primjene. Mogu se naširoko koristiti u pametnim filmovima, nosivim elektroničkim uređajima, odjeći za zaštitu od EMI-a, osobnim sustavima upravljanja toplinom, materijalima za elektrode i biomedicinskim nosačima.
Zaključak i perspektiva
Kontinuirano poboljšanje i poboljšanje tehnologije pripreme sola aerogel filma i procesa oblaganja sola, uvođenje organskih otapala i trend kompozita s drugim materijalima pružaju učinkovit način za pripremu i poboljšanje performansi aerogel filmova i poboljšavaju strukturni integritet, optički upravljivost, mehanička fleksibilnost, itd. aerogel filmova.
Međutim, granično istraživanje u ovom članku još je uvijek u ranoj fazi i još je dug put do velikih priprema i praktične primjene. Još treba riješiti neke ključne probleme:
① Veze između tradicionalnih anorganskih nanočestica su slabe, a kostur aerogela je krhak, što otežava konstruiranje neovisnog i snažnog filma anorganskog aerogela. Organsko-anorganski kompozitni ili hibridni načini pripreme mogu se usvojiti kako bi materijal aerogel filma dobio bolja mehanička svojstva.
② Trenutačno je postupak pripreme aerogel filmskih materijala složen, a proces pripreme uključuje skupo i dugotrajno CO2 superkritično sušenje ili procese sušenja zamrzavanjem, što je teško postići u pripremi serije. Treba tražiti učinkovitiji i jeftiniji proces sušenja kako bi se postigla velika proizvodnja i praktična primjena aerogel filmova.
③ Funkcionalni temeljni sustav istraživanja aerogel filmskih materijala još nije savršen, a razvoj višenamjenskih aerogel filmskih materijala budući je razvojni trend.
