Aergelit ovat erittäin vaiheittaisia strukturoituja materiaaleja, joiden sisäiset tyhjät ovat täynnä kaasua. Heillä on erittäin pieni tiheys ja lämpöjohtavuus sekä suuri kovuus ja läpinäkyvyys samanaikaisesti, minkä vuoksi aervoneja käytetään lämpöeristykseen ja muihin tehtäviin. Kuitenkin yksi lentokoneiden hankkimisesta on ylikriittinen kuivaus - erittäin kallis, mikä rajoittaa mahdollisuutta käyttää näitä materiaaleja.
Uudessa työssä Di MendeleeV: n tutkijat osoittivat, että ylikriittisen kuivauksen teknisten olosuhteiden optimointi on mahdollista heikentämättä materiaalin laatua nopeuttaa tätä prosessia merkittävästi ja vähentää kuivausaineen kustannuksia, jotka Tekee Aergelsin synteesin edullisemman. Työn tulokset julkaistaan lehden kuivaustekniikassa.
Tavallinen geeli on kolmiulotteinen silmäkehys, jossa on suuri määrä huokosia, jotka on täytetty nesteellä. Aergelit eroavat perinteisistä geeleistä siinä, että nestefaasi niissä on täysin substituoitu kaasumaisella. Heillä on pieni tiheys ja samalla suuri kovuus, avoimuus, lämmönkestävyys sekä erittäin alhainen lämmönjohtavuus.
Siksi lentokoneita käytetään lämpöeristysmateriaalien valmistukseen, erilaisissa lääketieteellisissä tarkoituksissa ja jopa avaruudessa - niistä koroteista kosmisesta pölystä, joka kykenee ottamaan pienimmät hiukkaset. Airgelit saadaan useissa vaiheissa: ensin perusmemialliset komponentit tekevät esiasteiden liuoksista, sitten tavalliset geelit saadaan ja sitten geelit kuivataan, kun taas neste, täyttö huokoset korvataan kaasulla.
Tavallinen kuivaus ilmakehän paineessa ja kohotetut lämpötilat eivät sovellu näihin tarkoituksiin: se tuhoaa lähdegeelin rakenteen ja siihen, että ilmavirta ei saa vastaanottaa. Sen sijaan suoritetaan ylikriittinen kuivaus, jossa käytetään ylikriittisiä nesteitä - niin kutsutaan aineen tilaksi paineessa ja lämpötilassa kriittisen yläpuolella, kun ero katoaa kaasu- ja nestefaasin (esimerkiksi tavanomaisen veden välisen ylikriittisen nesteen välillä lämpötila ja paine suurempi kuin 647 K ja 218 bar vastaavasti).
Yleisin hiilidioksidin väliaineessa oleva ylikriittinen kuivaus on yleisimpiä (kriittiset parametrit: 303,9 k, 73 baaria). Tällaisen kuivauksen aikana ylikriittinen neste ulottuu asteittain liuottimen, ja sitten paine pienenee reaktorissa ja ylikriittinen neste menee kaasufaasiin - niin, että liitäntään, joka ei ole vaurioituneella huokorijärjestelmällä, on geelistä.
Superkriittinen kuivaus on kuitenkin erittäin kallista, mikä rajoittaa mahdollisuutta käyttää lentokoneita ja materiaaleja niiden perusteella. Siksi tutkijat etsivät tapoja optimoida tämä prosessi. "Monet tieteelliset ryhmät harjoittavat ylikriittisen kuivauksen prosessin tehostamista", sanoo yksi työn tekijöistä, PCTU: n työntekijä, Pavel Gypsy. - Me keskityimme työhön prosessiparametrien - lämpötilan, ylikriittisen kuivausaineen ja sen syöttötilan kulutukseen kuivumisprosessin keskeisiin ominaisuuksiin - sen kesto ja kuivausaineen kokonaismenot.
Tutkijat tutkivat ylikriittisen kuivauksen prosessia käyttäen piidioksidiin perustuvaa klassista airgelia. Isopropanolia käytettiin aloitusliuottimena, kuivauksena - ylikriittisen hiilidioksidina. Kaikki kokeet suoritettiin korkeapainelaitteessa. Tutkijat vaihsivat prosessin tärkeimmät parametrit, ja toisaalta nopeuttavat sitä ja vähentäisivät kuivausaineen kulutusta ja toisaalta eivät pahentaneet tuotteen laatua, jonka liuottimen sisällä oleva jäännöspitoisuus on arvioitu.
Tämän seurauksena tutkijat totesivat, että ylikriittisen kuivauksen parametrien muutosten vuoksi hiilidioksidin kulutusta voidaan vähentää 63,4 prosentilla ja kokonaisprosessin kokonaisaika on noin 50 prosenttia. Tällöin tuotetun tuotteen laatu pysyy melkein muuttumattomana ja tuloksena olevilla silikageelillä on kehittynyt spesifinen pinta-ala (noin 850 m / g) ja korkea huokoisuus (noin 95 prosenttia). Näin ollen venäläiset kemistit ovat löytäneet tavan optimoida ylikriittisen kuivauksen prosessi, mikä on huomattava osa lentokoneiden tuotantokustannuksista.
Lähde: Alasti tiede