Thuyết trình về loại vật liệu mới Aerogels

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC
MÔN VẬT LIỆU HỌC


TỔNG QUAN


TỔNG QUAN

LỊCH
SỬ

 Năm 1931, nhà khoa học Samuel Stephens
Kistler từ trường Đại học Pacific ở Stockton,
California.
 “Aerogel”: vật liệu dạng gel mà thành phần
lỏng được thay thế bởi thành phần khí nhưng
vẫn không làm thay đổi cấu trúc rắn của gel.


 Kỹ thuật sấy siêu tới hạn.


TỔNG QUAN
 Kỹ thuật sol-gel => chế tạo ra các hợp chất
ở dạng khối, bột siêu mịn, màng mỏng và
sợi.
LỊCH
SỬ

TỔNG QUAN

PHÂN LOẠI

 Aerogel vô cơ

Aerogel vô cơ không silica
 Aerogel hữu cơ tự nhiên và tổng hợp
 Aerogel composite
 Exotic aerogels


TỔNG QUAN

TÍNH CHẤT

 Siêu nhẹ: Aerogel silica chứa 90%
không khí, nặng hơn không khí 3 lần,
nhẹ hơn thủy tinh đến 1.000 lần và
được xem là chất rắn nhẹ nhất.
 Cách nhiệt tốt: Tính cách nhiệt của 2,54 cm Aerogel tương
đương với một chồng gồm 30 tấm kính cửa sổ được nén lại.
 Chịu va đập mạnh, nhiều màu sắc rực rỡ
 Diện tích bề mặt cao, dẫn điện tốt
 Cách nhiệt tốt
 Vừa kỵ nước, vừa cực kỳ ưa dầu, có thể
thấm hút một lượng dầu lớn gấp 7 lần
trọng lượng của nó

TỔNG QUAN

ỨNG DỤNG

Công nghiệp năng lượng

.


ỨNG DỤNG
Vật lý và hóa học


ỨNG DỤNG
Y sinh và dược phẩm

Buồng lưu với 2 van tim aerogel đơn lá
nguyên mẫu


ỨNG DỤNG
Hàng không vũ trụ

Module chứa aerogel để bắt giữ
các hạt quá vận tốc
Lưới lọc bụi vũ trụ làm bằng
Aerogel của NASA

ỨNG DỤNG
Công nghiệp kim loại

Sản xuất trong một xưởng đúc sử dụng msilica aerogel như một phụ gia nano


TỔNG QUAN

TIỀM NĂNG THƯƠNG MẠI

Tăng trưởng của aerogel qua các năm


TIỀM NĂNG THƯƠNG MẠI

Một số sản phẩm aerogel hiện có trên thị trường: A. đế
giữ ấm chân, B. Toasty Feet insoles, C. Vợt tennis


AEROGEL
COMPOSITE


Aerogel liên kết với polymer
Khắc phục sự dễ vỡ của aerogel bằng
cách liên kết với polymer
Gel ướt co lại trong suốt quá trình sấy ở
áp suất môi trường; sự co lại tạo ứng
suất gây ra các vết nứt làm ảnh hưởng
tới chất lượng của gel khô

Aerogel liên kết với polymer
Phân loại:
 Vật liệu loại I, polymer và khung vô cơ
hoàn toàn độc lập với nhau. Không có liên
kết cộng hóa trị giữa chúng và các tương
tác duy nhất là tương tác Van der Waals,
lực tĩnh điện, hoặc liên kết hydro.
 Vật liệu loại II, có liên kết cộng hóa trị
giữa phân tử polymer và thành phần
vô cơ.


Aerogel liên kết với polymer

 Mô hình 1, các hạt silica được tách khỏi nhau và được kết nối
thông qua các sợi dây polymer;
 Mô hình 2, tất cả các hạt silica được kết nối với nhau tạo
thành một mạng liên tục và thông qua các sợi dây polymer
giữa các hạt;
 Mô hình 3, là trạng thái trung gian giữa mô hình 1 và 2


Aerogel liên kết với polymer

Cơ chế của liên kết aerogel silica với một
di- isocyanate

Aerogel liên kết với polymer

Khả năng tổng hợp và liên kết của silica-amine


Aerogel có chứa Oxide kim loại,
Phenol – Formaldehyde
Mạng lưới sol-gel cũng làm cải thiện sự co và sự
gãy nứt khi sấy gel ướt thành gel khô; cải thiện các
đặc tính quang học của kính sol-gel nhờ vào kích
thước hạt và chỉ số khúc xạ thích hợp.
Các ứng dụng khác có thể có của loại vật liệu này là
làm lớp phủ chống ăn mòn, chất điện môi, vật liệu
quang học khúc xạ, laser điều hướng được và các
cảm biến sinh hóa học.
Phương pháp tổng hợp loại vật liệu này hoàn toàn
tương tụ như tổng hợp vật liệu có liên kết polymer.