Agels er yderst faserede strukturerede materialer, hvis indre hulrum er fyldt med gas. De har meget lavtæthed og termisk ledningsevne samt høj hårdhed og gennemsigtighed på samme tid, fordi de aerogeller anvendes til termisk isolering og andre opgaver. Imidlertid er et af de centrale stadier af opnåelse af airgels en superkritisk tørring - meget dyr, hvilket begrænser muligheden for at bruge disse materialer.
I det nye arbejde viste forskere fra PCTU, der er nævnt efter Di Mendeleev, at optimering af teknologiske forhold for superkritisk tørring, det er muligt uden at forringe kvaliteten af materialet, hvilket reducerer denne proces betydeligt og reducerer omkostningerne ved tørremidlet, hvilket gør syntesen af aerogeller mere overkommelige. Resultaterne af arbejdet offentliggøres i tidsskriftet tørreteknologi.
En almindelig gel er en tredimensionel mesh ramme med et stort antal porer fyldt med væske. Agels varierer fra konventionelle geler, idet den flydende fase i dem er fuldstændig substitueret med gasformig. De har lille densitet og samtidig høj hårdhed, gennemsigtighed, varmebestandighed, samt ekstremt lav termisk ledningsevne.
Derfor anvendes airgels til fremstilling af termiske isoleringsmaterialer i forskellige medicinske formål og endda i rummet - fra dem fælder til kosmisk støv, der er i stand til at fange de mindste partikler. Airgels opnås i flere faser: Først af de grundlæggende kemiske komponenter foretages precursors-opløsninger, så er almindelige geler opnået, og derefter tørres gelerne, mens væsken, påfyldningsporerne, erstattes med gas.
Den sædvanlige tørring ved atmosfærisk tryk og forhøjede temperaturer er ikke egnet til disse formål: det ødelægger kildegelens struktur og som følge af airgelen fra det ikke at modtage. I stedet udføres superkritisk tørring, hvori superkritiske væsker anvendes - såkaldt stoffets tilstand ved et tryk og temperatur over det kritiske, når forskellen forsvinder mellem gas- og væskefasen (for eksempel konventionelt vand bliver superkritisk væske på en temperatur og tryk på henholdsvis 647 K og 218 bar).
Den mest almindelige superkritiske tørring i CO2-mediet er mest almindelige (kritiske parametre: 303,9 K, 73 barer). Under en sådan tørring forskyder den superkritiske væske gradvist opløsningsmidlet, og derefter reduceres trykket i reaktoren, og den superkritiske væske går ind i gasfasen - så fra gelen i sidste ende er airgel med et ikke-forbandet poresystem opnået fra gelen.
Den superkritiske tørring er imidlertid meget dyr, hvilket begrænser muligheden for at anvende luftreler og materialer baseret på dem. Derfor søger forskere efter måder at optimere denne proces på. "Mange videnskabelige grupper er involveret i intensiveringen af processen med superkritisk tørring," siger en af forfatterne af arbejdet, en medarbejder i PCTU, Pavel Gypsy. - Vi har koncentreret os i vores arbejde med virkningen af procesparametrene - temperaturen, forbruget af det superkritiske tørremiddel og dets fødemodus, til tyngets nøgleegenskaber - dens varighed og totale udgifter af tørremidlet.
Forskerne studerede processen med superkritisk tørring ved hjælp af eksemplet på klassisk airgel baseret på silica. Isopropanol blev anvendt som udgangsopløsningsmiddel som et tørremiddel - superkritisk carbondioxid. Alle eksperimenter blev udført i højtryksapparater. Forskere varierede de vigtigste parametre for processen og forsøgte på den ene side at fremskynde det og reducere forbruget af tørremidlet, og på den anden side forværrer ikke produktkvaliteten, der estimeres af det resterende indhold af opløsningsmidlet inde i luftgelen.
Som følge heraf fandt forskerne, at forbruget af kuldioxid på grund af ændringer i parametrene for superkritisk tørring kan reduceres med 63,4 procent, og den samlede processtid er ca. 50 procent. I dette tilfælde forbliver kvaliteten af det producerede produkt næsten uændret, og de resulterende silica-aerogeller har et udviklet specifikt overfladeareal (ca. 850 m / g) og høj porøsitet (ca. 95 procent). Således har russiske kemikere fundet en måde at optimere processen med superkritisk tørring, hvilket er en væsentlig del af produktionsomkostningerne af airgels.
Kilde: Naked Science