الإيروجيل: السحر الاستثنائي للمادة السحرية
عند 650 درجة، يستمر مسدس رش اللهب في رش اللهب، لكنه لا يستطيع إشعال غلاف من الورق المقوى المطلي بشكل خاص؛ مفصولة فقط بطبقة من الفيلم، يتم الضغط على اليد على الطاولة الساخنة الساخنة بما يكفي "للخبز"، ولكن لا يمكن أن تشعر إلا بالقليل من الدفء؛ فهو يشكل "طبقة واقية" غير مرئية على اليد تسمح للماء "بالفرقعة" في لحظة... كل هذا يشبه ظاهرة "السحر العلمي"، كل ذلك من مادة جديدة تحمل أكثر من عشرة أرقام قياسية في موسوعة غينيس العالمية - ايروجيل.
لإعطائك فكرة أكثر بديهية عن عجائب الإيروجيل، دعنا نجري بعض تجارب المقارنة. أولاً، يتم وضع مادة الإيروجيل بنفس السماكة والمواد العازلة التقليدية (مثل الصوف الصخري والسيليكات وما إلى ذلك) في غرفتين بيئيتين متماثلتين عاليتي الحرارة، حيث يتم ضبط درجة حرارتهما على 650 درجة. تمت مراقبة التغيرات في درجة الحرارة على السطح الخارجي للمادتين في الوقت الفعلي باستخدام جهاز تصوير حراري خلال نفس فترة 1- ساعة. ستلاحظ أن درجة الحرارة الخارجية للمادة التقليدية ترتفع بسرعة، ولن يمر وقت طويل قبل أن يكون هناك تشوه أو دخان وما إلى ذلك، في حين أن درجة الحرارة الخارجية لمادة الإيروجيل بالكاد تتغير بشكل كبير، وتظل منخفضة دائمًا. وهذا يوضح تمامًا أن الإيروجيل يتجاوز بكثير خصائص العزل الحراري للمواد التقليدية.
انظر إلى التباين بين الهلام الهوائي والمواد الصلبة الشائعة (مثل المعدن والخشب وما إلى ذلك). إذا اخترت قطعة معدنية بنفس حجم البطانية العازلة للإيروجيل وقمت بوزنها بشكل منفصل، فستجد أن وزن الإيروجيل أخف بكثير من وزن الكتلة المعدنية، مما يسلط الضوء على خصائص الإيروجيل خفيفة الوزن للغاية. ثم يتم وضعها في وقت واحد على لوحة التسخين المضبوطة على 200 درجة. أثناء عملية التسخين، استخدم مقياس الحرارة لقياس مدى سرعة ارتفاع درجة الحرارة على سطح المادتين، وستفاجئك النتائج. ترتفع درجة حرارة السطح المعدني بسرعة، بينما ترتفع درجة حرارة سطح الإيروجيل ببطء شديد، مما يدل على قدرة العزل الحراري الممتازة للإيروجيل، في تناقض صارخ، بحيث يمكنك الشعور بسحر الإيروجيل بشكل أعمق.
أمسك مسدس رش اللهب عند درجة حرارة تصل إلى 650 درجة، واستهدف غلافًا عاديًا من الورق المقوى، وفي لحظة، ستحترق القشرة الورقية، وسينتشر اللهب بسرعة، وستتحول قشرة الورق المقوى إلى رماد في حوالي حوالي 20 ثانية.
ومع ذلك، عندما تم طلاء غلاف الورق المقوى بطبقة رقيقة من "الطلاء السحري" الشفاف (أي المنتجات ذات الصلة بالهلام الهوائي) وتم حرقه مرة أخرى بمسدس لهب بدرجة 650 درجة، كان الوضع مختلفًا تمامًا. هذه المرة، لم تكن قذيفة الورق المقوى مشتعلة فحسب، بل لم يكن هناك أي أثر للهب المحترق تقريبًا، ولم يتبق سوى طبقة من المسحوق الحبيبي الأبيض على سطحها. إذا لمست الجزء الخلفي من الورقة، فلن تشعر بالحرارة على الإطلاق. وفقا للموظفين، في بيئة درجة حرارة عالية تصل إلى 650 درجة، فإنه يمكن أن يتحمل الاحتراق لأكثر من 3 ساعات دون أن يتضرر.
في هذه التجربة، حاولت حرارة اللهب غزو غلاف الورق المقوى، لكن طلاء الإيروجيل كان بمثابة حاجز غير قابل للتدمير، مما أدى إلى إبعاد الحرارة بلا رحمة. يمكن إحاطة غلاف الورق المقوى بالنيران بأمان، كما لو كان بالسحر، وهو عرض حي لخصائص العزل الحراري المذهلة للإيروجيل.
"السحر" الثاني يتعلق بالمياه. في أحد الخزانات، يتم تعليق طبقة من "المسحوق السحري" غير القابل للذوبان (جزيئات الأيروجيل) بقوة فوق الماء. وصل المراسل من خلال المسحوق إلى الأسفل، وشعر على الفور أن اليد بأكملها كانت مبللة بالماء. ولكن عندما أخرج يده، تفاجأ بعدم وجود قطرة ماء فيها. بعد ذلك، تم وضع هذه اليد في أحواض أخرى عدة مرات، أو حتى غسلها مباشرة بالماء، وكانت اليد بأكملها تبدو دائمًا ملفوفة في "فيلم واقي" غير مرئي يمكنه "فرقعة" كل الماء.
تعود خاصية الإيروجيل الطاردة للماء إلى خصائصه السطحية الخاصة. تجعل بنيتها المجهرية من الصعب على جزيئات الماء الالتصاق بها، وبدلاً من ذلك تشكل قطرات تتساقط، تمامًا مثل تأثير التنظيف الذاتي على سطح ورقة اللوتس.
هل تصدق أن يد الإنسان يمكنها أن تلمس جسماً بدرجة حرارة أعلى من 100 درجة دون أن تحترق؟
"السحر" الثالث يركز على "الحرارة". في طاولة ساخنة يمكن أن تجعل الماء البارد يغلي ويتبخر على الفور، وزع طبقة من "الفيلم السحري" (ورقة عازلة من الأيروجيل)، وضغط المراسل بيده عليها بعصبية، ومن المدهش أنه لم يشعر إلا بالقليل من الدفء.
التكنولوجيا: البحث والتطوير في طرق التحضير الرائدة عالميًا
وراء هذه "الطلاء السحري" المذهل و"المسحوق السحري" و"السحر" الآخر، في الواقع، هي من نوع من الأرقام القياسية في موسوعة غينيس للأرقام القياسية بأكثر من 10 أرقام، وقد أشادت مجلة Science بأنها "المادة السحرية التي يمكنها تغيير العالم" - ايروجيل.
وقال مهندس دعم صناعة المواد الجديد في كون للصحفيين إن الإيروجيل هو أخف مادة صلبة معروفة في العالم في الوقت الحاضر، كما أنها المادة الصلبة الأكثر تميزًا في العالم مع العزل الحراري وأداء الحماية من الحرائق.
ما الذي يجعل الإيروجيل مدهشًا جدًا؟ وأوضح المهندس بتشبيه "حلوى القطن".
ولاحظ المهندسون أن العلاقة بين الهلام الهوائي والرمل (السيليكا بشكل رئيسي) كانت مماثلة للعلاقة بين الخطمي والسكر الأبيض. يعتبر عزله الحراري وخصائصه المقاومة للهب ممتازة للغاية بسبب وجود العديد من الثقوب النانوية في بنيته الجزيئية، مع مسامية تزيد عن 95%. تشبه هذه الثقوب النانوية "متاهة العزل الحراري" في العالم المجهري، حيث تنعكس الحرارة وتنتشر باستمرار أثناء انتقالها، مما يجعل من الصعب توصيلها بسلاسة، لذا فإن التوصيل الحراري للهلام الهوائي منخفض للغاية، ويمكن تحقيقه تأثير العزل الحراري يشبه تأثير الفراغ. "الثقوب الموجودة في الخطمي مرئية للعين المجردة، في حين أن الثقوب الموجودة في الهلام الهوائي هي بمقياس النانو، 1,000 مرة أصغر من قطر شعرة الإنسان."
على الرغم من خصائصها الممتازة، إلا أنه من الصعب الحصول على الإيروجيل.
يتطلب تحضير الهلام الهوائي التقليدي طريقة "تحضير التجفيف فوق الحرج"، والتي يجب تحضيرها على مدار عدة أيام تحت درجة حرارة وضغط مرتفعين. وهذا يؤدي إلى العديد من المشاكل مثل ارتفاع تكلفة مدخلات المعدات، وتدفق العمليات المعقدة، وانبعاث التلوث الخطير، وما إلى ذلك، مما يجعل تكلفة الإنتاج تظل مرتفعة. ولذلك، تستخدم منتجات الإيروجيل في الغالب في المجالات الرئيسية مثل الفضاء الجوي.
في ضوء هذا الوضع، قام فريق الابتكار بقيادة شيه يي، الأكاديمي في الأكاديمية الصينية للعلوم وأستاذ جامعة العلوم والتكنولوجيا في الصين، بعد عقود من الجهود المتواصلة، بتطوير طريقة تحضير الهلام الهوائي الرائدة في العالم بشكل مستقل - " حماية البيئة ايروجيل طريقة التجفيف بالضغط الجوي". يمكن لهذه الطريقة أن تقلل بشكل كبير من تكلفة تحضير الإيروجيل، وتعزز تصنيع منتجات الإيروجيل بشكل أكثر سلاسة، وتجعلها تدخل حياتنا اليومية حقًا.
التطبيق: بناء "معطف النار"
وفي مجال البناء، حقق تطبيق الإيروجيل نتائج ملحوظة. على سبيل المثال، في مبنى تجاري كبير، يكون استهلاك الطاقة السنوي للتبريد والتدفئة كبيرًا جدًا عندما لا يتم استخدام العزل الهوائي، وتمثل نفقات الكهرباء نسبة كبيرة من تكاليف التشغيل. بعد تعديل المواد العازلة للهلام الهوائي، من خلال المراقبة والإحصاءات الصارمة لاستهلاك الطاقة، وجد أن استهلاك الطاقة السنوي في التبريد والتدفئة انخفض بشكل كبير، كما انخفض إنفاق الكهرباء المقابل بشكل كبير.
إن مستوى استهلاك الطاقة أقل بكثير من المباني التجارية المماثلة في المنطقة المجاورة والتي لا تستخدم العزل الهوائي، كما أن توفير الطاقة واضح.
ويرجع ذلك أساسًا إلى الأداء الممتاز للطلاءات العازلة للمباني الهوائية. إنها تحتاج فقط إلى طبقة رقيقة من 2 إلى 5 مم لتحقيق تأثير درجة حرارة ثابتة من 40 إلى 60 مم من مادة العزل العادية، وبالتالي تقليل استهلاك الطاقة للغرفة بأكثر من 30%. إن قدرة العزل عالية الكفاءة هذه لا توفر تكاليف تشغيل كبيرة لأصحاب المباني فحسب، بل تساهم أيضًا بشكل إيجابي في تقليل استهلاك الطاقة الإجمالي في قطاع البناء في سياق دعوة المجتمع بأكمله للحفاظ على الطاقة وخفض الانبعاثات.
لقد لعبت شركة Zhejiang Runfew New Material Co., Ltd دورًا لا غنى عنه في هذه العملية. تستمر منتجات سلسلة الإيروجيل المطورة بعناية في ضخ حيوية جديدة في مجال الحفاظ على الطاقة في المباني، ومساعدة المزيد من المباني على تحقيق عزل عالي الكفاءة وتوفير الطاقة وتقليل الاستهلاك، وجعل الإيروجيل هذه المادة السحرية تلعب قيمة أكبر في مجال البناء.