Търговия на едро с китайски газови мембранни органосиликатни композитни аерогелове на базата на силициев диоксид
Мрежовата структура на традиционните аерогелове на основата на силициев диоксид се формира предимно от Si-O-Si връзки. В сравнение с междумолекулните връзки, характерни за органичните съединения, енергията на Si-O връзката е относително по-ниска, така че при повишени температури тези връзки могат да се разкъсат, което води до разкъсване на веригата и структурна деградация. Това е една от основните причини за загубата на стабилност и влошаване на експлоатационните свойства на традиционните силициеви аерогелове при високи температури.
Въвеждането на органични компоненти позволява увеличаване на енергията на връзките в структурата на SiO₂ аерогела и подобряване на неговите механични свойства.
Един ефективен метод е удължаването на веригата, което променя оригиналния тип връзка в мрежата на аерогела. Първоначалната късоверижна структура, доминирана от Si-O-Si връзки, се трансформира частично в Si-O-R структура (където R е дълговерижна органична група). Това води до по-разширена верижна мрежа, повишена твърдост на веригата, намалени молекулни вибрации и повишена сложност на вътрешната структура на аерогела. Това инхибира топлопреноса, като същевременно подобрява механичните свойства на композитния аерогел. Схематична диаграма е показана на Фигура 1.
- Полимерно-силициеви композитни аерогелове
Сред полимерните модификатори, полиимидът има висока термична стабилност. Поради относително ниската си твърдост обаче, ефективността му за повишаване на якостта на натиск на аерогеловете е ограничена.
Полиетиленгликолът (PEG) е способен да омрежва произволно разпределени частици силициев диоксид, което прави структурата на материала по-стабилна и едновременно с това подобрява неговите топлоизолационни свойства.
Полиестерите, поради високата си термична стабилност, могат да осигурят и добри топлоизолационни свойства на аерогеловете. Освен това, силно реактивните функционални групи на полиестерите улесняват образуването на силни връзки със силициевата мрежа.
Освен това, бактериалната целулоза може да се използва за производството на композитни аерогелове. Органичните вещества с уникална рамкова структура могат да действат като благоприятен носител за силициевия аерогел, осигурявайки неговото тясно взаимодействие със силикатната мрежа.
След въвеждането на полимери, силициевите частици могат да се адсорбират върху повърхността на дълговерижните полимери, образувайки по-голяма и по-здрава пространствена мрежа, значително подобрявайки механичните свойства на аерогела. Освен това, полимерната мрежа може да проникне в мрежата, образувана от силициевите частици, като допълнително подобри здравината и жилавостта на материала.
Въпреки това, термичната стабилност на такива полимерно-модифицирани аерогелове все още изисква допълнително подобрение. Освен това, въвеждането на полимери може да доведе до известно намаляване на порьозността на материала, което изисква допълнителна оптимизация.
- Неполимерни композитни аерогелове на базата на силициев диоксид
За разлика от полимерите, неполимерните органични съединения често се въвеждат в структурата на аерогела чрез присаждане. Този метод позволява модифициране на оригиналните хидроксилни групи и създаване на допълнителни реакционни места за образуване на дълговерижна мрежа, което повишава стабилността на структурата на аерогела.
Например, сорбитолът, който има много хидроксилни групи, може да взаимодейства синергично със силани, образувайки по-стабилна структура и по този начин подобрявайки свойствата на аерогела.
Въвеждането на неполимерни органични съединения осигурява допълнителни реакционни места за силициевата мрежа и насърчава образуването на по-стабилна структура. Въпреки това, в сравнение с полимерите, техният фиксиран модел на омрежване може да ограничи засилването на междуфазовите взаимодействия в аерогела, което може да повлияе на неговите механични свойства. Следователно, по-нататъшните изследвания и разработки в областта на неполимерно модифицираните силициеви аерогели остават актуални.
Въпреки че органичната модификация може значително да подобри механичните свойства на силициевите аерогелове, повечето органични компоненти започват да омекват при температури около 600°C или дори по-ниски, което може да доведе до загуба на оригиналните свойства на композитния аерогел. Следователно, при практическо използване на органомодифицирани аерогелове, когато е възможно, трябва да се избягват условия на висока температура.
По този начин, органичната модификация, постигната чрез удължаване на молекулярните вериги, увеличава структурната твърдост и подобрява механичните свойства на композитните аерогелове. В същото време, дълговерижната органична мрежа усложнява пътищата за топлопреминаване, което допринася за намаляване на топлопроводимостта на аерогела в определен температурен диапазон.
Jutao Environmental Technology — специалисти по аерогелови разтвори
Останете свързани с нас, за да получавате най-новите актуализации, анализи за индустрията и приложни решения в областта на аерогеловете.