Airgel là gì

Airgel là một loại vật liệu rắn xốp nano được hình thành bằng phương pháp sol gel, trong đó pha lỏng trong gel được thay thế bằng khí bằng phương pháp sấy khô nhất định [1]. Chẳng hạn như gelatin, kẹo cao su Ả Rập, silicone, tóc, móng tay, v.v. Airgel cũng có các đặc tính của gel, đó là giãn nở, thixotropy và rũ hồ.
Airgel là chất rắn nhỏ nhất trên thế giới và là một trong mười công nghệ mới nổi trong lĩnh vực hóa học vào năm 2022.
Aerogel là một dạng vật chất rắn có mật độ nhỏ nhất trên thế giới. Mật độ là 3 kg mỗi mét khối. Loại aerogel phổ biến là gel aerogel silicon, được nhà khoa học người Mỹ Kistler chế tạo lần đầu tiên vào năm 1931 để đánh bạc với bạn bè. Có nhiều loại aerogel, bao gồm silicon, carbon, lưu huỳnh, oxit kim loại, kim loại, v.v. Aerogel là một từ ghép. Ở đây aero là một tính từ, có nghĩa là “trong không khí”. Gel rõ ràng là gel. Nó có nghĩa đen là gel của không khí. Gel của bất kỳ chất nào cũng có thể được gọi là aerogel miễn là nó có thể được sấy khô để loại bỏ dung môi bên trong và giữ cho hình dạng về cơ bản không thay đổi, đồng thời sản phẩm có độ xốp cao và mật độ thấp.
Do mật độ cực thấp nên aerogel nhẹ nhất chỉ 0,16 mg/cm3, thấp hơn một chút so với mật độ không khí nên còn được gọi là "khói đông lạnh" hay "khói xanh". Do có các hạt cực nhỏ bên trong (ở cấp độ nanomet) nên ánh sáng khả kiến ​​sẽ ít tán xạ hơn khi đi qua nó (tán xạ Rayleigh), giống như ánh sáng mặt trời truyền qua không khí. Do đó, nó cũng có màu xanh lam giống như bầu trời (nếu không có gì khác xen vào) và hơi đỏ khi nhìn trước ánh sáng. Bầu trời trong xanh, trong khi bầu trời buổi tối có màu đỏ. Vì hơn 80% aerogel là không khí nên nó có tác dụng cách nhiệt rất tốt. Một aerogel dày một inch tương đương với 20 đến 30 mảnh thủy tinh thông thường. Ngay cả khi aerogel được đặt giữa hoa hồng và ngọn lửa, hoa hồng sẽ không bị hư hại gì cả. Airgel cũng có nhiều mục đích sử dụng trong thám hiểm không gian, bao gồm trạm vũ trụ "Hòa bình" của Nga và tàu thăm dò "Người tìm đường sao Hỏa" của Mỹ. Aerogel còn được sử dụng làm máy dò hiệu ứng Cherenkov trong các thí nghiệm vật lý hạt. Máy phân biệt hạt có tên gọi Airgel Cherenkov Counter (ACC) trong máy dò thí nghiệm Belle của nhà máy meson B, một cơ quan nghiên cứu máy gia tốc năng lượng cao{14}}là một ví dụ ứng dụng gần đây. Aerogel được sử dụng trong máy dò này có đặc điểm là chỉ số khúc xạ thấp giữa chất lỏng và khí, cũng như độ truyền qua và trạng thái rắn cao, vượt trội so với phương pháp truyền thống sử dụng chất lỏng đông lạnh hoặc không khí áp suất cao. Trong khi đó, tính chất nhẹ cũng là một trong những ưu điểm của nó.
Vật liệu mới này có mật độ chỉ 3,55 kg/m3, chỉ bằng 2,75 lần mật độ không khí; Mật độ của gỗ thông khô (500 kg/m3) gấp 140 lần. Chất này trông giống như khói đông đặc nhưng thành phần của nó tương tự như thủy tinh. Do mật độ cực thấp nên nó rất thích hợp cho các ứng dụng hàng không vũ trụ. Phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực của NASA, một loại aerogel mới do Tiến sĩ Jones phát triển, có thành phần chủ yếu là silica nguyên chất. Trong quá trình sản xuất, hợp chất silicon lỏng trước tiên được trộn với dung môi lỏng có thể bay hơi nhanh để tạo thành gel, sau đó gel được sấy khô trong một thiết bị tương tự như máy phân hủy áp suất, sau khi gia nhiệt và giảm áp suất, cấu trúc xốp xốp được hình thành. Tỷ lệ không khí trong aerogel cuối cùng mà Tiến sĩ Jones thu được chiếm 99,8%.
Airgel đôi khi được gọi là "khói rắn" hoặc "khói đông lạnh" vì màu trong mờ và trọng lượng siêu nhẹ. Loại vật liệu mới này nhìn có vẻ mỏng manh nhưng thực chất nó rất chắc chắn và bền bỉ, có khả năng chịu được nhiệt độ lên tới 1400 độ C. Những đặc tính này của aerogel có nhiều ứng dụng trong thám hiểm không gian. Vật liệu aerogel được sử dụng trên trạm vũ trụ "Hòa bình" của Nga và tàu vũ trụ "Người tìm đường sao Hỏa" của Mỹ.