エアロゲル: 魔法の素材の並外れた魅力
650 度で火炎スプレーガンは火炎を噴霧し続けますが、特別にコーティングされたボール紙のシェルに点火することはできません。フィルムの層によって隔てられているだけで、「焼く」のに十分な熱さの熱いテーブルの上に置かれた手は、ほんの少しの温かさを感じるだけです。それは手に目に見えない「保護膜」を形成し、水を瞬時に「弾ける」ようにします...これはすべて「科学魔法」のような現象であり、すべて十数個のギネス世界記録を保持する新素材から作られています-エアロゲル。
エアロゲルの素晴らしさをより直感的に感じていただくために、いくつかの比較実験を行ってみましょう。まず、同じ厚さのエアロゲル材料と従来の断熱材 (ロックウール、ケイ酸塩など) を、温度が 650 度に設定された 2 つの同一の高温環境チャンバー内に置きます。 2 つの材料の外側の温度変化は、熱画像装置を使用して同じ 1- 時間にわたってリアルタイムで監視されました。従来の材料では外気温が急激に上昇し、すぐに変形や発煙などが発生するのに対し、エアロゲル材料では外気温はほとんど変化せず、常に低く保たれていることがわかります。これは、エアロゲルが従来の材料の断熱特性をはるかに上回っていることを完全に示しています。
エアロゲルと一般的な固体物質 (金属、木材など) とのコントラストを見てください。エアロゲル断熱ブランケットと同じ体積の金属片を選択し、別々に重量を量ると、エアロゲルの重量が金属ブロックの重量よりもはるかに軽いことがわかり、エアロゲルの非常に軽量な特性が強調されます。次に、これらを 200 度に設定した加熱プレート上に同時に置きます。加熱プロセス中に、温度計を使用して 2 つの物質の表面の温度がどれだけ速く上昇するかを測定すると、その結果に驚かれるでしょう。金属表面は急激に温度が上昇するのに対し、エアロゲル表面は非常にゆっくりと温度が上昇するという、エアロゲルの優れた断熱性能が対比的に表れており、エアロゲルの魅力をより深く感じることができます。
火炎スプレーガンを最大650度の温度で保持し、普通のボール紙の殻に狙いを定めると、瞬時に紙の殻が燃え、炎は急速に広がり、ボール紙の殻はわずか約10分で灰になります。 20秒。
しかし、ボール紙のシェルを透明な「マジックペイント」（つまり、エアロゲル関連製品）の薄い層でコーティングし、650度の火炎銃で再度燃やすと、状況はまったく異なりました。今回、ボール紙の殻は発火しなかっただけでなく、炎が燃えた痕跡もほとんど見られず、表面には白い粒状の粉の層が残っただけでした。紙の裏を触っても熱さは全く感じません。担当者によると、650度の高温環境下でも3時間以上の燃焼に耐え、ダメージを受けることはないとのこと。
この実験では、炎の熱がボール紙のシェルに侵入しようとしましたが、エアロゲルのコーティングが破壊不可能なバリアとして機能し、熱を容赦なく遮断しました。ボール紙のシェルは、まるで魔法のように安全に炎に囲まれることができます。これは、エアロゲルの驚くべき断熱特性を鮮やかに示しています。
2 番目の「魔法」は水に関するものです。 1 つのタンクでは、溶けない「魔法の粉」（エアロゲル粒子）の層が水の上にしっかりと浮遊しています。記者は粉の底まで手を伸ばすと、すぐに手全体が水に浸かっているのを感じた。しかし、手を引いてみると、その中には水が一滴も入っていないことに気づき、驚きました。その後、この手は何度も他のプールに入れられたり、直接水で洗われたりしましたが、手全体は常に目に見えない「保護膜」に包まれているように見え、すべての水を「弾く」ことができました。
エアロゲルのこの撥水特性は、その特殊な表面特性によるものです。その微細構造により、水分子が付着しにくくなり、ちょうど蓮の葉の表面の自浄作用のように、水滴を形成して転がり落ちます。
人間の手で 100 度を超える物体に触れても火傷を負わないと信じられますか?
3つ目の「魔法」は「熱」に焦点を当てたものです。冷水を瞬時に沸騰させ蒸発させるホットテーブルに「マジックフィルム」（エアロゲル断熱紙）を敷き、記者が恐る恐る手を押し当ててみると、驚くべきことにほんの少しだけ暖かさを感じた。
技術：世界をリードする調製方法の研究開発
この驚くべき「マジックペイント」や「マジックパウダー」などの「魔法」の裏側には、実は10以上のギネス世界記録があり、サイエンス誌が「世界を変える魔法の素材」と賞賛しているのです――。エアロゲル。
クーン社の新素材産業サポートエンジニアは記者団に対し、エアロゲルは現在世界で知られている固体材料の中で最も軽量であり、断熱性や防火性能も備えた世界で最も優れた固体材料であると語った。
エアロゲルの何がそんなに素晴らしいのでしょうか?技術者は「綿菓子」に例えて説明した。
エンジニアらは、エアロゲルと砂 (主にシリカ) の関係がマシュマロと白砂糖の関係に似ていることに注目しました。分子構造中にナノスケールの空孔が無数に存在し、気孔率が95%以上あるため、断熱性、難燃性が非常に優れています。このナノスケールの穴は、ミクロの世界では「断熱迷路」のようなもので、熱が伝わるたびに常に反射や散乱が起こり、スムーズな伝導が難しくなっているため、エアロゲルの熱伝導率は極めて低く、熱伝導率が非常に低くなります。真空と同様の断熱効果。 「マシュマロの穴は肉眼でも見えますが、エアロゲルの穴はナノスケールで、人間の髪の毛の直径の 1,{2}} 倍小さいです。」
エアロゲルはその優れた特性にもかかわらず、入手が困難です。
従来のエアロゲルの調製には「超臨界乾燥調製」方法が必要であり、高温高圧下で数日間かけて調製する必要があります。これは、高い設備投入コスト、複雑なプロセスフロー、深刻な汚染物質の排出などの多くの問題を引き起こし、その生産コストが依然として高止まりしています。したがって、エアロゲル製品は主に航空宇宙などの重要な分野で使用されています。
この状況を考慮して、中国科学院院士で中国科学技術大学教授の謝毅氏が率いるイノベーションチームは、数十年にわたる絶え間ない努力の末、世界をリードするエアロゲル調製方法を独自に開発した。」環境保護エアロゲル大気圧乾燥法」。この方法により、エアロゲルの製造コストが大幅に削減され、エアロゲル製品の工業化がよりスムーズに促進され、エアロゲル製品が私たちの日常生活に本格的に浸透します。
応用例：「防火コート」の構築
建築分野では、エアロゲルの応用が目覚ましい成果を上げています。たとえば、大規模な商業ビルでは、エアロゲル断熱材が使用されていない場合、冷暖房のための年間エネルギー消費量が非常に多くなり、電気代が運営コストのかなりの部分を占めます。エアロゲル断熱材の改良後、厳密なエネルギー消費量の監視と統計を通じて、冷暖房における年間エネルギー消費量が大幅に削減され、それに対応する電力消費も大幅に削減されることがわかりました。
エネルギー消費レベルは、エアロゲル断熱材を使用していない近隣の同様の商業ビルよりも大幅に低く、エネルギーの節約は明らかです。
これは主に、エアロゲル建築用断熱コーティングの優れた性能によるものです。通常の断熱材の40～60mmの恒温効果を得るには、2～5mmの薄いコーティングしか必要とせず、それによって部屋のエネルギー消費量を30％以上削減します。この高効率な断熱機能は、建物所有者の運営コストを大幅に節約するだけでなく、社会全体が省エネと排出削減を提唱する中で、建設部門における全体的なエネルギー消費量の削減にも積極的に貢献します。
Zhejiang Runfew New Materials Co., Ltd は、このプロセスにおいて不可欠な役割を果たしています。慎重に開発された同社のエアロゲル シリーズ製品は、建築物の省エネ分野に新たな活力を注入し続け、より多くの建築物が高効率の断熱とエネルギーの節約と消費量の削減を達成するのに役立ち、この魔法の材料であるエアロゲルが建築分野でより大きな価値を発揮できるようにします。