پايگاه خبري نگاه جنوب ايران نيوز : آشنايي با آئروژل گرافن سبك‌ترين ماده جهان
سه شنبه، 25 شهریور 1399 - 09:10 کد خبر:42607
هواژل يا آئروژل گرافن در حال حاضر ركورد سبك‌ترين ماده‌ي جامد جهان در دست اين ماده است كه به صورت ديوانه كننده‌اي كم چگالي است.

به گزارش نگاه جنوب ايران نيوز، شايد تا به حال اسم هواژل يا آئروژل گرافن را نشنيده باشيد. در حال حاضر ركورد سبك‌ترين ماده‌ي جامد جهان در دست اين ماده است كه به صورت ديوانه كننده‌اي كم چگالي است.
 
محققان دانشگاه ژجيانگ چين موفق شدند با توليد آئروژل گرافن، ركورد تازه‌اي در توليد سبك‌ترين ماده جهان ثبت كنند.
 
هواژل يا آئروژل (aerogel) نخستين بار در سال ۱۹۳۱ ساخته شده و اين «دود منجمد» كه ۹۶ درصد آن از هوا تشكيل شده است، بمدت هشت سال عنوان سبك‌ترين ماده جهان را به خود اختصاص داد.
 
 
سال گذشته عنوان سبك‌ترين ماده جهان به آئروگرافيت رسيد كه شش برابر سبك‌تر از هوا است و يك سانتي متر مكعب از آن تنها ۰.۲ ميلي گرم وزن دارد.
 
محققان چيني در ماه مارس ۲۰۱۳ موفق به توليد يك ماده اسفنجي از كربن يخ خشك موسوم به آئروژل گرافن (graphene aerogel) شدند كه وزن آن در يك سانتيمتر مكعب تنها ۰.۱۶ ميلي گرم است.
 
خاصيت برجسته آئروژل گرافن، حالت اسفنجي است كه امكان استفاده نامحدود از اين ماده براي پاكسازي نشت نفت را فراهم مي‌كند؛ اين ماده مي‌تواند تا ۹۰۰ برابر وزن خود، آب و نفت جذب كند.
 
تمامي آب، نفت و آئروژل گرافن پس از عمليات پاكسازي مي‌توانند بار ديگر مورد استفاده قرار بگيرند.
 
گائو چائو Gao Chao مخترع اين ماده مي‌گويد كه ماده توليد شده تواناي جذب روغن تا ١٠ برابر وزن خودش را دارد و در آينده با انجام تحقيقات بيشتر توانايي جذب تا ٩٠٠ برابر را خواهد داشت. سرعت جذب آن نيز زياد است به گونه‌اي كه هر گرم از ماده توانايي جذب ۶٩ گرم روغن در يك ثانيه را دارد.
 
اين ماده از ورق‌ها و فيبر‌هاي كربن با ضخامت تنها يك اتم ساخته شده است از اين رو آن را مي‌توان يك آروژل كربني دانست. محقيقن معتقد هستند كه راه ساده‌اي براي ساخت آروژل‌هاي كربن به اندازه و اشكال مختلف يافته‌اند. چگالي ماده تنها ٠/١۶ ميلي گرم در هر سانتي متر مكعب يا يك ششم چگالي هوااست. اين ماده سبك‌تر از ماده قبلي با چگالي ٠/٩ ميلي گرم در سانتي متر مكعب است كه عنوان سبك‌ترين ماده جهان را در اختيار داشت. هر دوي اين مواد از آروژل‌هاي پليميري ناسا سبك‌تر هستند.
 
ساختار آئروژل گرافن
هَوا-ژِل يا آئروژل يك ماده توليدي است كه كمترين چگالي را در ميان مواد جامد دارد. اين ماد�'ه از يك ژل به دست مي‌آيد كه در آن قسمت مايع ژل با گاز جايگزين مي‌شود. نتيجه اين فرايند ماده‌اي جامد با چگالي بسيار كم و در عين حال، ويژگي قابل‌توجه در زمينه عايق گرمايي است. هواژل در فرهنگ عامه مردم تحت نام‌هاي ديگري هم‌چون دود منجمد، دود جامد، هواي جامد يا دود آبي نيز شناخته مي‌شود كه اين نام‌گذاري‌ها به دليل ظاهر شفاف و نيز نحوه پخش نور در اين ماده‌است.
 
آشنايي با آئروژل گرافن (هوا ژل) سبك نرين ماده جهان
 
هواژل براي نخستين بار توسط ساموئل استفان كيستلر در سال ۱۹۳۱ ساخته شد و توليد آن بر اساس يك شرط‌بند براي جايگزين كردن قسمت مايع ژله خوراكي با گاز بود بدون آن‌كه ساختار ژله در هم بشكند.
 
آشنايي با آئروژل گرافن (هوا ژل) سبك نرين ماده جهان
 
فرايند توليد هواژل شامل استخراج بخش مايع ژل با استفاده از روش خشكاندن فوق بحراني مي‌باشد. با استفاده از اين روش مايع به آهستگي از درون شبكه جامد ژل خارج مي‌شود بدون آنكه به اين شبكه آسيبي برسد و در اثر نيروي مويينگي در هم بشكند. مثلاً، ژله خوراكي در اثر تبخير معمولي دچار درهم‌شكستگي ساختار شبكه جامد مي‌شود. نخستين نمونه‌هاي هواژل از ژل اكسيد سيليسيم ساخته شدند و هواژل سيليسي ناميده شدند. بعدها، كيستلر هواژل‌هايي با پايه اكسيد آلومينيم، كروم و قلع ساخت. هواژل‌هاي كربني در اواخر دهه ۸۰ ميلادي ساخته شدند.
 
هواژل، سبك‌ترين ماده جامد شناخته شده در جهان است كه چگالي سبك‌ترين نمونه ساخته شده از آن، تنها سه برابر هواست. «در ابتدا فرض بر منفي بودن وزن اين ماده بود، ولي با تحقيق متوجه وزن بسيار ناچيز ان شدند» ويژگي‌هاي منحصربه‌فرد اين ماده آن را يكي از پركاربردترين مواد به كار رفته در مأموريت‌هاي فضايي ساخته‌است. به عنوان نمونه، مسئولان ناسا از هواژل به منظور جلوگيري از يخ‌زدگي ربات مريخ‌نورد در شب‌هاي سياره بهرام استفاده كردند. هم‌چنين اين ماده براي گردآوري ذرات كيهاني در فضا بسيار مناسب است و در جريان مأموريت «استارداست» از آن براي جمع‌آوري مواد موجود در هاله پيرامون دنباله‌دار وايلد-۲ استفاده شد.
 
آشنايي با آئروژل گرافن (هوا ژل) سبك نرين ماده جهان
 
خواص آئروژل گرافن
خواص نوري: خواص نوري ايروژل‌ها به شرط توليد بستگي دارد. اين مواد در روشنايي به رنگ زرد و در تاريكي آبي ديده مي‌شود. روش‌هاي مختلف حذف آب يا رطوبت از ساختار ايروژل هاو شرايط واكنش از جمله پارامتر‌هاي مهم و مؤثر در خاصيت نوري ايروژل هامطرح هستند.
 
خواص مكانيكي: شكنندگي انعطاف‌پذيري و پايداري ابعاد از جمله پارامتر‌هاي مهم در خواص مكانيكي ايروژل‌ها هستند. فشار الاستيك در ايروژل‌ها در حدود۴–۲درصدواستحكام كششي نيز در حدود ۰.۰۲N/mm۲ است. ايروژل‌هايي كه از طريق كاتاليزور اسيدي يا خنثي تهيه مي‌شوند نسبت به ايروژل‌هايي كه به وسيله كاتاليزور بازي سنتز مي‌شود دو برابر سفتي بيشتري دارند.
 
هدايت گرمايي: هدايت گرمايي ايروژل‌ها تابعي از پارامتر‌هايي است:۱-انتقال گرما به وسيله فاز جامد ۲-انتقال گرما به وسيله فاز گازي ۳-انتقال گرما به وسيله بازتابش.
 
آشنايي با آئروژل گرافن (هوا ژل) سبك نرين ماده جهان
 
هدايت گرمايي فازجامد با افزايش چگالي افزايش مي‌يابد. در حالي كه هدايت گرمايي فاز گازي با افزايش چگالي كاهش مي‌يابد و انتقال گرما از طريق تشعشع مستقل از چگالي ايروژل هاست. كمترين هدايت گرمايي ايروژل‌ها در چگالي ۰.۱۵g/cm۳ است.
 
آشنايي با آئروژل گرافن (هوا ژل) سبك نرين ماده جهان
 
ديواره‌هاي شفاف: ايروژل‌ها به شدت اشعه فرو سرخ راجذب مي‌كنند و كمترين ضريب هدايت گرمايي در ميان جامد‌ها را دارا مي‌باشد كه از آن‌ها به عنوان يك عايق حرارتي شفاف استفاده مي‌شود كه مانعي براي انتقال نور خورشيد و انتقال حرارت مناسب است. %۹۱ از تابش ورودي در سطح زمين نهفته است كه طول موج‌هاي ۴۰۰–۲۰۰ نانومتر مي‌باشد كه در آن شفافيت ايروژل‌ها كمتر از شيشه معمولي است. با اين وجود در مقايسه با شيشه ايروژل‌ها يك عايق حرارتي منحصر به فردند كه براي تجمع كارامد‌تر انرژي خورشيدي و حفظ گرماي ارائه شده از سيستم‌هاي گرمايشي استفاده مي‌شوند.
 
توليد آئروژل در ايران
مهدي درياني، مدير عامل شركت دانش بنيان " واكنش صنعت پارت" در شهرك علمي تحقيقاتي اصفهان در گفتگو با خبرنگار مهر، با بيان اينكه اين شركت در جهت ارتقاء توليد ملي و دستيابي به دانش فني مواد نانو مقياس فعاليت مي‌كند، گفت: اين شركت براي اولين بار در خاورميانه اقدام به توليد صنعتي "ايروژل آب گريز سيليس" با نام تجاري ايروليت كرده است.
 
وي عنوان كرد:ايروژل يا هواژل، سبك¬ترين ماده جامد در جهان شناخته شده كه چگالي آن، تنها، سه برابر هواست.
 
درياني با بيان اينكه ايروژل يك ماده جامد و با دانسيته¬ بسيار پايين تشكيل شده كه از ژل مشتق مي¬ شود، اظهار داشت: در ايروژل اجزاي مايع ژل با گاز جايگزين مي¬ شوند و در نهايت مواد جامد با دانسيته پايين، داراي چندين خاصيت استثنايي توليد مي‌شود.
 
وي اظهار داشت:يكي از خواص مهم ايروژل عايق بودن آن است. اين ماده با القاب دود يخ زده، دود جامد و يا دود آبي هم شناخته شده و علت اين نامگذاري طبيعت نيمه شفاف اين ماده و نحوه¬ تفرق نور در ايروژل است.
 
درياني با بيان اينكه ايروژل شبيه فوم استيرن است، افزود: با توجه به نگاه صنايع به سمت صرفه جويي هرچه بيشتر در هزينه¬‌هاي انرژي، استفاده از عايق¬‌ها با اقبال بيشتري روبرو شده، از اين رو نسل جديد عايق¬‌هاي صوتي، حرارتي و برودتي كه توسط پودر سيليس در حال توليد هستند، جايگزين بسيار مناسبي براي عايق¬‌هاي قديمي مي‌توانند باشند.
 
وي با تاكيد بر اينكه سالهاست در ايران بهره¬ گيري از عايق¬هاي حرارتي و برودتي در صنايع مختلف صورت گرفته و نياز به استفاده از عايق¬ها به صورت همزمان با راه اندازي هر فناوري لازم است، خاطر نشان كرد: ايروژل داراي ويژگي¬‌هاي منحصر به فردي همچون، آبگريزي، هدايت كم حرارتي (۰.۰۱۴ W/Mk در دماي اتاق)، سطح ويژه بسيار زياد و خاصيت جذب اشعه ماوراء بنفش است.
 
مدير عامل اين شركت دانش بنيان يكي از ويژگي¬‌هاي اكوستيك ايروژل را، تبديل به عايقي موثر در مقابل صدا مي¬ داند كه اين ماده كمترين ضريب شكست و ثابت دي الكتريك را در بين تمام مواد جامد دارد.
 
وي با اشاره به ديگر زمينه¬‌هاي كاربرد ايروژل¬‌ها عنوان كرد: ايروژل خاصيت آبگريزي دارد و استفاده از ايروژل به عنوان يك ابر عايق حرارتي، جاذب بسيار قوي مواد آلي و نفتي، يك سنسور، ماده‌اي با ثابت دي¬ الكتريك پايين، و به عنوان يك منبع ذخيره كاربرد دارد.
 
درياني افزود: همچنين از ايروژل مي‌توان به عنوان عايق صوتي، جسمي مركب و يك كاتاليست استفاده كرد و افزون بر آن در صنايع پوشاك، پارچه و پتو¬ها و ساختمان، سردكننده¬ ها، پنجره¬‌هاي سقفي از اين ماده به كاربرد.