هلام هوائي

(تم التحويل من الهلام الهوائي)
قالب طوب يزن 2.5 كيلو جرام محمول على قطعة من الجل الهوائي تزن 2 جرام فقط.

الچل هوائي أو إيروچل هي مادة هلامية منخفضة الكثافة تم فيها إستبدال المحتوى السائل للمادة بالغاز. وكانت النتيجة نشوء مادة ذات كثافة منخفضة جدا ذات خواص متعددة ، من أهم تلك الخصائص قدرتها الكبيرة على العزل الحراري. ويطلق عليها أيضا إسم الدخان المجمد ,[1] و الدخان السائل وذلك لطبيعتها الشبه شفافة ، ولها ملمس يشبه الرغاوي.



. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

التاريخ

تم إكتشاف المادة لأول مرة عن طريق ستيفن كستلر عام 1931 ، بعد رهان مع تشارلز ليرند حول إمكانية إستبدال المحتوى السائل في إناء من الفواكه المحفوظة ، بالغاز دون حدون إنكماش. .[2][3]


الخصائص

بيتر تسو من ناسا و هو يحمل بيديه الجل الهوائي أخف مادة صلبة في العالم تتكون من 99% من الهواء.


الأنواع

A demonstration of aerogel's insulation properties.
Aerogel produced at Florida State University by Elliot Schwartz and Robert Palmer.

وبالرغم من أن اسمها ، ايروجيل فهي جامدة ،وهى مادة جافة ولا تشبه الجيل في خصائصها الفيزيائية ، والاسم يأتي من حقيقة أنها مستمدة من المواد الهلامية. الضغط بهدوء على ايروجيل عادة لا يترك أثرا ، وعندما تضغط بقوة أكبر سوف يترك أثر الضغط ظاهرا. ويكفي الضغط بقوة كى يؤدي إلى انهيار كارثي في بنية المادة الهلامية ، الامر الذي يؤدى الى تحطيم مثل خاصية الزجاج المعروف باسم تفتيت; وبالرغم من أن الأنواع الحديثة لاتعانى من تلك الظاهرة .[بحاجة لمصدر] بالرغم من الحقيقة القائلة إنه عرضة للتحطم, إنها قوية جدا هيكليا. الحاملة لها قدرات رائعة ويرجع ذلك إلى بنيتها الحاملة القوية و يعبر عنها بالهيكل الميكروى ذى تغصنات (معدنية) , الذى فيه جزئيات كرويةبحجم متوسط 2–5 نانومترا ،حيث تنصهر معا في مجموعات. هذه المجموعات تشكل بنية ثلاثية الأبعاد مسامية العالية من السلاسل فركتلية تقريبا ، مع المسام أقل بقليل من 100 نانومتر. فإن متوسط الحجم والكثافة المسامية يمكن السيطرة عليها أثناء عملية التصنيع.

ايروجيل هى عوازل حرارية جيدة لأنها تقوم بإلغاء ثلاث من النواقل الحرارية (تيارات الحمل, التوصيل, و الإشعاع). تلك العوازل موصلة جيدة لأنها تتألف بشكل كامل تقريبا من الغاز, والغازات هى موصلات سيئة للغاية للحرارة.الايروجيل السيليكا جيد خاصة بسبب السيليكا التى هى أيضا موصل سيىء للحرارة (والايروجيل المعدني ، من ناحية أخرى ، سيكون أقل فعالية). هم مثبطات جيدة للحمل الحراري لأن الهواء لا يمكن تعميمها من خلال القنوات الشعرية. ايروجيل الكربون هو عازل إشعاعي جيد بسبب أن الكربون يمتص الإشعاعات تحت الحمراء التى تساعد على التوصيل الحرارى عند درجات الحرارة الإعتيادية.

وبسبب طبيعته الاسترطابيية ،فإن ايروجيل يبدو جافا ويعد مادة مجففة قوية. وينبغي للأشخاص الذين يتعاملون بايروجيل لفترات طويلة من ارتداء القفازات لمنع ظهور ظهور بقع جافة هشة على الجلد.


إيروجل السيليكا

إيروجل السيليكا هي أكثر الأنواع الشائعة من الهلام الهوائي وأكثرها دراسة واستخدما. وهي مادة تعتمد في أساسها على السيليكا وتحضر من هلام السيليكا. وفي 18 نوفمبر 2011، أعلنت كأخف مادة في العالم، حيث تبلغ كثافتها 0.9 مليگرام لكل سنتيمتر مكعب. [4]

إيروجل الكربون

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

إيروجل الألومنيا

أنواع أخرى من الإيروجل

الإستعمالات

The Stardust dust collector with aerogel blocks. (NASA)
  • الأيروجيل السيليكا الشفاف يكون مناسبا جدا كمادة عازلة حرارية للنوافذ ، وتحد من الخسائر بشكل كبير للحرارة في المباني. وبعد عدة جولات في Vomit Comet ، قد أظهرت إحدى البحوث [2] الفريق أن إنتاج ايروجيل في بيئة إنعدام الوزن يمكن أن تنتج جزيئات بحجم أكثر اتساقا وتحد من تأثير Rayleigh scattering في ايروجيل السيليكا ، مما يجعل الأيروجيل أقل زرقة وأكثر شفافية.
  • مساحة سطحها المرتفع تؤدي إلى العديد من التطبيقات ، مثل امتصاص المواد الكيميائية لتنظيف الانسكابات (انظر الامتزاز). هذه الميزة تعطي أيضا امكانية كبيرة لتكون حافزا أو عاملا محفز.
  • ويمكن زيادة أداء الأيروچيل لتطبيقات معينة عن طريق إضافة dopants أى إضافة شوائب ، لتعزيز الهياكل وتخليق المركبات الهجين . وباستخدام هذا النهج ، فسوف تتسع التطبيقات لتلك الفئة من المواد زيادة كبيرة.
  • وقد بدأ الإنتاج التجاري من 'بطانيات' الأيروچيل في حوالي العام 2000. 'بطانيات' الأيروچيل هى

مواد مركبة من ايروجيل السيليكا وتعزز بمادة ليفية التي تحول الأيروچيل الهش في المادة ،إلى مادة دائمة المرونة. قد تكون لها خواص ميكانيكية وحرارية متنوعة للمنتج بناء على اختيار الأياف المعززة، إن مصفوفة ايروجيل ، والمواد المضافة المدرجة في المركب.

.[5][6]

يتم تحديد مدى ملاءمة الأيروچيل بتدني مؤشر الانكسار، وملء الفجوة بين الغازات والسوائل ، والشفافية ، والحالة الصلبة ، مما يجعلها أسهل استخداما من السوائل المبردة أو الغازات المضغوطة. كتلتها المنخفضة أيضا من الأشياءالمفيد للبعثات الفضائية.

لراتنجات الفينول فورمالدهايد) تستخدم في الغالب كمقدمات أو مؤشرات لتصنيع أيروچيل الكربون ، أو عندما يكون عازل عضوى ذى سطح متسع مرغوبا. حيث أنها تأتي كمادة عالية الكثافة , بمساحة السطح تساوى تقريبا600 م²/جرام.

  • ويمكن استخدام الأيروچيل كنظام التسليم للأدوية نظرا للتوافق الحيوى. بسبب مساحتها العالية وبنيتها المسامية ، يمكن إدمصاص العقاقير من CO2 فوق الحرج. ويمكن تكييف معدل إفراز العقاقير استنادا إلى خصائص الأيروچيل.[8][9]
  • الأيروچيل الكربونى يستعمل في تشييد طبقة صغيرة مزدوجة الكهروكيميائية من المكثفات الفائقة. نظرا لمساحة الأيروچيل الكبيرة فيمكن لهذه المكثفات أن تكون من 2000 حتي 5000 مرة أصغر من التصنيف المماثل للمكثفاتالكهربائية.[10] ويمكن لمكثفات الأيروچيل الفائقة حيث أن لها مقاومة منخفضة جدا بالمقارنة مع المكثفات الفائقة الطبيعية ويمكن أن تمتص أو تنتج تيارات ذروة عالية جدا.
  • شركة دنلوب أدرجت مؤخرا الأيروچيل في قالب من سلسلة جديدة من مضارب التنس ، و قد استخدمت سابقا في الاسكواش والراكيت.[11]
  • شالكوچيل أظهر تقدما في إمتصاص الملوثات المعدنية من أمثال الزئبق , الرصاص , والكادميوم من الماء .[12]
  • ويستخدم الأيروچيل لإدخال اضطراب في الهليوم الفائق - 3

.[13]

الإنتاج

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

الأمان

انظر أيضا

وصلات خارجية

المصادر

  1. ^ Taher, Abul (2007-08-19). "Scientists hail 'frozen smoke' as material that will change world" (Web). News Article. Times Online. Retrieved 2007-08-22.
  2. ^ Kistler S. S. (1931). "Coherent expanded aerogels and jellies". Nature. 127 (3211): 741.
  3. ^ Kistler S. S. (1932). "Coherent Expanded-Aerogels". Journal of Physical Chemistry. 36 (1): 52–64. doi:10.1021/j150331a003.
  4. ^ مهندسون أمريكيون يكشفون عن "أخف مادة في العالم"، بي بي سي العربية
  5. ^ Preventing heat escape through insulation called "aerogel", NASA CPL
  6. ^ Down-to-Earth Uses for Space Materials, The Aerospace Corporation
  7. ^ Nuckols, M. L. (2005). "Manned Evaluation of a Prototype Composite Cold Water Diving Garment Using Liquids and Superinsulation Aerogel Materials". US Naval Experimental Diving Unit Technical Report. NEDU-05-02. Retrieved 2008-04-21. Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help); Check date values in: |date= (help)
  8. ^ Smirnova I., Suttiruengwong S., Arlt W. (2004). "Feasibility study of hydrophilic and hydrophobic silica aerogels as drug delivery systems". Journal of Non-Crystalline Solids. 350: 54–60. doi:10.1016/j.jnoncrysol.2004.06.031.CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  9. ^ From the Research group Pharmaceutical Thermodynamics of Friedrich - Alexander - University Erlangen - Nuremberg
  10. ^ Aerogel Capacitors Support Pulse, Hold-Up, and Main Power Applications
  11. ^ Dunlop Squash Racquets
  12. ^ Carmichael, Mary. First Prize for Weird: A bizarre substance, like 'frozen smoke,' may clean up rivers, run cell phones and power spaceships. Newsweek International, 2007-08-13. Retrieved on 2007-08-05.
  13. ^ Halperin, W. P. and Sauls, J. A., Helium-Three in Aerogel [1].