چین سیلیکون کاربید ارژل 100 برابر ارزان‌تر برای استفاده در مأموریت‌های فضایی توسعه داد
دانشمندان چینی روشی توسعه داده‌اند که می‌تواند در نهایت به کاهش هزینه مأموریت‌های فضایی پرهزینه کمک کند.
روش آنها هزینه توسعه ارژل، که برای عایق حرارتی در محیط‌های با دما و فشار بسیار کم مانند مریخ استفاده می‌شود، را کاهش می‌دهد. دانشمندان هزینه تولید ارژل کاربید سیلیکون (SiC) با کارایی بالا را که معمولاً گران‌تر از ارژل‌های استاندارد است، کاهش داده‌اند. روش آنها که هزینه ارژل سیلیکون کاربید را به تنها 0.70 دلار در هر لیتر کاهش می‌دهد، شامل یک واکنش احتراق سریع بین پودر سیلیکون و پلی‌تترافلوئورواتیلن (PTFE) است.
روش جدید سنتز ارژل‌های SiC در چند ثانیه
محققان رویکردی نوین برای سنتز ارژل‌های سینکون کاربید (SiC) در چند ثانیه و در مقیاس لیتری، با نرخ تولید 16 لیتر در دقیقه در یک آزمایشگاه استاندارد، رونمایی کرده‌اند. کلید این کار در یک فرآیند سنتز تجدید شده احتراق و افزایش سریع از مواد واکنش‌پذیر پودری به محصولات ارژل است که بیش از 1000٪ در حجم افزایش می‌یابد. "این روش تولید از نظر زمان کارآمد و از نظر هزینه موثر در مقایسه با روش‌های سنتی مانند رسوب‌دهی شیمیایی و کاهش حرارتی با کربن است. همچنین دارای فرآیند ساده با مصرف کم انرژی است، زیرا واکنش احتراق پس از احتراق خودسوز است،" گفت پروفسور لی جیانتائو از موسسه فیزیک و شیمی تکنیکال، گزارش داد SCMP.
محصول بسیار ارزان است
مطالعه‌ای که در Nature Communications منتشر شده است، ادعا کرده است که فرآیند سنتز خودپایدار است و نیاز به ورودی انرژی کمی دارد. محصول نهایی به طرز چشمگیری مقرون‌به‌صرفه است، با قیمت تخمینی حدود 0.7 دلار در هر لیتر (~7 دلار در هر کیلوگرم). ارژل‌های SiC تولید شده ویژگی‌های حرارتی-مکانیکی استثنایی، از جمله هدایت حرارتی پایین، الاستیکی بالا و تحمل آسیب دارند. "ابداع ما نه تنها یک راهکار عملی برای کاربردهای بزرگ‌مقیاس ارژل‌های سرامیکی ارائه می‌دهد، بلکه نیاز به بازنگری در سنتز احتراق در تبدیل یک مرحله‌ای از مواد خام به محصولات حجمی آماده برای کاربردهای عملی دارد،" محققان در مطالعه اشاره کرده‌اند.
ارژل SiC دارای تا 99.6% تخلخل است
در آزمون آزمایشگاهی، یک قطعه کاغذ SiC به‌راحتی از خمیدگی و مارپیچی بازیابی شد. این ارژل‌ها خواص عایق خود را تا 1832 درجه فارنهایت (1000 درجه سلسیوس) در هوا و 3092 درجه فارنهایت (1700 درجه سلسیوس) در محیط‌های بی‌اثر مانند آرگون حفظ می‌کنند، که به‌طور قابل‌توجهی نسبت به دیگر مواد عایق سبک مانند ارژل‌های سیلیکا که در دماهای بالای 1292 درجه فارنهایت (700 درجه سلسیوس) کارایی خود را از دست می‌دهند، عملکرد بهتری دارند، گزارش داد SCMP.
"برای خلاصه کردن، ما روش سنتز فلش را برای تولید ارژل‌های SiC حجیم با هزینه بسیار کم (بیش از 100 برابر کمتر از روش‌های موجود)، تولید بالا (بیش از 10 برابر سریع‌تر از روش‌های موجود) و مصرف انرژی حداقل (خودپایدار پس از احتراق) ابداع کردیم،" گفت محققان در مطالعه. ارژل‌های SiC ارزان قیمت تولید شده نه تنها دارای چگالی پایین، هدایت حرارتی پایین و محدوده دمای خدماتی گسترده هستند، بلکه ویژگی‌های متامتریال مانند نسبت پواسون منفی و ضریب انبساط حرارتی منفی نیز دارند.
"گسترش بیشتر تجهیزات و افزایش مقیاس سنتز بسیار مهم است و ما برای تولید بزرگ‌مقیاس ارژل‌های SiC با استفاده از روش گزارش شده بسیار خوش‌بین هستیم،" محققان نتیجه‌گیری کردند.
