Aergels مواد ساختاری بسیار فاز، حفره های داخلی که از آن پر از گاز است. آنها دارای تراکم بسیار کم چگالی و حرارتی، و همچنین سختی و شفافیت بالا و شفافیت در همان زمان است که به دلیل آن که آئرگل ها برای عایق حرارتی و سایر وظایف استفاده می شود. با این حال، یکی از مراحل کلیدی به دست آوردن Airgels یک خشک شدن فوق بحرانی است - بسیار گران قیمت است که امکان استفاده از این مواد را محدود می کند.
در کار جدید، دانشمندان PCTU به نام Di Mendeleev نشان دادند که بهینه سازی شرایط تکنولوژیکی برای خشک کردن فوق بحرانی، بدون رو به وخامت کیفیت مواد به طور قابل توجهی افزایش می یابد و هزینه های خشک کردن را کاهش می دهد، که سنتز Aerogels مقرون به صرفه تر می شود. نتایج کار در فناوری خشک کردن مجله منتشر شده است.
یک ژل معمولی یک قاب مش سه بعدی با تعداد زیادی از منافذ پر شده با مایع است. Aergels متفاوت از ژل های متعارف است که فاز مایع در آنها کاملا با گاز طبیعی جایگزین می شود. آنها دارای تراکم کوچک هستند و در عین حال سختی، شفافیت، مقاومت در برابر حرارت، و همچنین هدایت حرارتی بسیار کم.
بنابراین، Airgels برای تولید مواد عایق حرارتی، در اهداف پزشکی مختلف و حتی در فضا استفاده می شود - از آنها تله ها برای گرد و غبار کیهانی، قادر به گرفتن کوچکترین ذرات است. Airgels در مراحل مختلف به دست می آید: اول از اجزای شیمیایی اولیه، راه حل های پیشرو را ایجاد می کنند، سپس ژل های معمولی به دست می آیند، و سپس ژل خشک می شود، در حالی که مایع، پرکننده منافذ، با گاز جایگزین می شود.
خشک شدن معمول در فشار اتمسفر و دمای بالا برای این اهداف مناسب نیست: ساختار ژل منبع را از بین می برد و به عنوان یک نتیجه از Airgel از آن برای دریافت نیست. در عوض، خشک شدن فوق بحرانی انجام می شود، که در آن مایعات فوق بحرانی استفاده می شود - به اصطلاح وضعیت ماده در فشار و درجه حرارت بالاتر از بحرانی زمانی که تفاوت بین فاز گاز و مایع ناپدید می شود (به عنوان مثال، آب معمولی مایع فوق بحرانی می شود دما و فشار بیش از 647 K و 218 بار به ترتیب).
شایع ترین خشک شدن فوق بحرانی در محیط CO2 شایع ترین (پارامترهای بحرانی: 303.9 K، 73 بار) است. در طول چنین خشک کردن، مایع فوق بحرانی به تدریج حلال را جابجا می کند، و سپس فشار در راکتور کاهش می یابد و مایع فوق بحرانی به فاز گاز می رسد - بنابراین از ژل در انتهای AirGel با یک سیستم منافذ غیر لعنتی از ژل به دست آمده است.
با این حال، خشک شدن فوق بحرانی بسیار گران است، که امکان استفاده از Airgels و مواد بر اساس آنها را محدود می کند. بنابراین، دانشمندان به دنبال راه هایی برای بهینه سازی این روند هستند. یکی از نویسندگان کار، کارمند PCTU، Pavel کولی، می گوید: "بسیاری از گروه های علمی در تشدید فرآیند خشک شدن فوق بحرانی مشغول به کار هستند." - ما در کار ما بر اثر پارامترهای فرآیند - دما، مصرف عامل خشک کردن فوق بحرانی و حالت تغذیه آن متمرکز شدیم، به ویژگی های کلیدی فرآیند خشک شدن - مدت زمان و کل هزینه های خشک کننده آن.
محققان روند خشک شدن فوق بحرانی را با استفاده از نمونه ای از ایگل کلاسیک بر اساس سیلیکا مورد مطالعه قرار دادند. ایزوپروپانول به عنوان یک حلال شروع به عنوان یک دی اکسید کربن سوپر کریستال مورد استفاده قرار گرفت. تمام آزمایشات در دستگاه فشار بالا انجام شد. دانشمندان از پارامترهای اصلی فرآیند، از یک طرف، آن را تسریع کردند، آن را تسریع کردند و مصرف مواد خشک کردن را کاهش دادند و از سوی دیگر، کیفیت محصول را با محتوای باقی مانده از حلال در داخل Airgel تضعیف نمی کنند.
در نتیجه، دانشمندان دریافتند که به علت تغییرات در پارامترهای خشک شدن فوق بحرانی، مصرف دی اکسید کربن می تواند به میزان 63.4 درصد کاهش یابد و کل زمان فرایند حدود 50 درصد است. در این مورد، کیفیت محصول تولید شده تقریبا بدون تغییر باقی می ماند و Aerogels سیلیس حاصل شده دارای سطح خاصی توسعه یافته (حدود 850 متر بر گرم) و تخلخل بالا (حدود 95 درصد) است. بنابراین، شیمیدانان روسی راهی برای بهینه سازی روند خشک کردن فوق بحرانی پیدا کرده اند که بخش مهمی از هزینه تولید هواپیما است.
منبع: علوم برهنه