Aerogel: Pesona luar biasa dari bahan magis
Pada suhu 650 derajat, pistol semprot api terus menyemprotkan api, tetapi tidak dapat menyalakan cangkang karton yang dilapisi khusus; Hanya dipisahkan oleh lapisan film, tangan yang ditekan di atas meja panas cukup panas untuk "memanggang", tetapi hanya bisa merasakan sedikit kehangatan; Ini membentuk "lapisan pelindung" yang tidak terlihat di tangan yang memungkinkan air "meletus" dalam sekejap... Semua ini seperti fenomena "keajaiban ilmiah", semua dari bahan baru yang memegang lebih dari selusin Rekor Dunia Guinness - aerogel.
Untuk memberi Anda gambaran yang lebih intuitif tentang keajaiban aerogel, mari lakukan beberapa eksperimen perbandingan. Pertama, bahan aerogel dengan ketebalan yang sama dan bahan insulasi tradisional (seperti rockwool, silikat, dll.) ditempatkan di dua ruang lingkungan bersuhu tinggi yang identik, yang suhunya diatur pada 650 derajat. Perubahan suhu di bagian luar kedua material dipantau secara real-time menggunakan thermal imager selama periode 1-jam yang sama. Anda akan melihat bahwa suhu luar dari bahan tradisional meningkat dengan cepat, dan tidak lama kemudian terjadi deformasi, asap, dll., sedangkan suhu luar dari bahan aerogel hampir tidak berubah secara signifikan, dan selalu dijaga tetap rendah. Ini sepenuhnya menunjukkan bahwa aerogel jauh melebihi sifat isolasi termal bahan tradisional.
Lihatlah kontras antara aerogel dan zat padat biasa (seperti logam, kayu, dll.). Jika Anda memilih sepotong logam dengan volume yang sama dengan selimut insulasi aerogel dan menimbangnya secara terpisah, Anda akan menemukan bahwa berat aerogel jauh lebih ringan dibandingkan dengan balok logam, yang menonjolkan karakteristik aerogel yang sangat ringan. Mereka kemudian ditempatkan secara bersamaan pada pelat pemanas yang disetel pada 200 derajat. Selama proses pemanasan, gunakan termometer untuk mengukur seberapa cepat kenaikan suhu pada permukaan kedua zat tersebut, dan hasilnya akan mengejutkan Anda. Suhu permukaan logam meningkat dengan cepat, sedangkan suhu permukaan aerogel meningkat sangat lambat, yang menunjukkan kemampuan isolasi termal yang sangat baik dari aerogel, sebaliknya, sehingga Anda dapat merasakan keajaiban aerogel lebih dalam.
Memegang pistol semprot api pada suhu hingga 650 derajat, arahkan ke cangkang karton biasa, dan dalam sekejap, cangkang kertas akan terbakar, api akan menyebar dengan cepat, dan cangkang karton akan menjadi abu hanya dalam waktu sekitar 20 detik.
Namun, ketika cangkang karton dilapisi dengan lapisan tipis "cat ajaib" transparan (yaitu produk yang terkait dengan aerogel) dan dibakar lagi dengan senjata api 650 derajat, situasinya sangat berbeda. Kali ini, bukan saja cangkang karton tersebut tidak terbakar, namun hampir tidak ada bekas nyala api yang terlihat, hanya menyisakan lapisan bubuk butiran putih di permukaannya. Jika Anda menyentuh bagian belakang kertas, Anda tidak akan merasakan panas sama sekali. Menurut stafnya, di lingkungan bersuhu tinggi 650 derajat, dapat menahan pembakaran lebih dari 3 jam tanpa rusak.
Dalam percobaan ini, panas api mencoba menyerang cangkang karton, namun lapisan aerogel bertindak sebagai penghalang yang tidak bisa dihancurkan, dan dengan kejam menahan panas. Cangkang karton dapat dengan aman dikelilingi oleh api, seolah-olah disihir, yang merupakan demonstrasi nyata dari sifat insulasi termal yang menakjubkan dari aerogel.
"Keajaiban" kedua berkaitan dengan air. Dalam satu tangki, lapisan "bubuk ajaib" (partikel aerogel) yang tidak meleleh tersuspensi kuat di atas air. Reporter itu merogoh bedak hingga ke dasar, dan langsung merasakan seluruh tangannya basah oleh air. Namun ketika dia menarik tangannya, dia terkejut karena tidak ada setetes air pun di dalamnya. Selanjutnya, tangan ini berkali-kali dimasukkan ke dalam kolam lain, atau bahkan langsung dicuci dengan air, dan seluruh tangan sepertinya selalu terbungkus dalam "lapisan pelindung" yang tidak terlihat yang dapat "meledakkan" semua air.
Sifat aerogel yang anti air disebabkan oleh sifat permukaannya yang khusus. Struktur mikronya menyulitkan molekul air untuk menempel padanya, dan malah membentuk tetesan yang berjatuhan, seperti efek pembersihan diri pada permukaan daun teratai.
Percayakah Anda bahwa tangan manusia dapat menyentuh benda di atas 100 derajat tanpa terbakar?
"Keajaiban" ketiga berfokus pada "panas". Di meja panas yang bisa membuat air dingin mendidih dan menguap seketika, menyebarkan lapisan "film ajaib" (kertas isolasi aerogel), reporter dengan gugup menekan tangannya ke atasnya, dan yang mengejutkan, hanya merasakan sedikit kehangatan.
Teknologi: Penelitian dan pengembangan metode persiapan terkemuka dunia
Di balik "cat ajaib", "bubuk ajaib" dan "keajaiban" lainnya yang menakjubkan ini, sebenarnya ada lebih dari 10 jenis Rekor Dunia Guinness, dan majalah Science dipuji sebagai "bahan ajaib yang dapat mengubah dunia" - aerogel.
Insinyur pendukung industri material baru di Coon mengatakan kepada wartawan bahwa aerogel adalah material padat paling ringan yang dikenal di dunia saat ini, dan juga merupakan material padat paling unggul di dunia dengan kinerja insulasi termal dan proteksi kebakaran.
Apa yang membuat aerogel begitu menakjubkan? Insinyur itu menjelaskan dengan analogi “permen kapas”.
Para insinyur mencatat bahwa hubungan antara aerogel dan pasir (terutama silika) mirip dengan hubungan antara marshmallow dan gula putih. Sifat insulasi termal dan tahan apinya sangat baik karena adanya banyak lubang berskala nano pada struktur molekulnya, dengan porositas lebih dari 95%. Lubang berskala nano ini seperti "labirin insulasi panas" di dunia mikroskopis, di mana panas terus-menerus dipantulkan dan dihamburkan saat bergerak, sehingga sulit untuk mengalir dengan lancar, sehingga konduktivitas termal aerogel sangat rendah, dan dapat mencapai efek isolasi termal mirip dengan ruang hampa. "Lubang-lubang di marshmallow terlihat dengan mata telanjang, sedangkan lubang-lubang di aerogel berskala nano, 1,000 kali lebih kecil dari diameter rambut manusia."
Meskipun memiliki khasiat yang sangat baik, aerogel sulit diperoleh.
Persiapan aerogel tradisional memerlukan metode "persiapan pengeringan superkritis", yang harus disiapkan selama beberapa hari di bawah suhu dan tekanan tinggi. Hal ini menimbulkan banyak permasalahan seperti biaya input peralatan yang tinggi, alur proses yang rumit, emisi polusi yang serius, dan lain-lain, yang membuat biaya produksinya tetap tinggi. Oleh karena itu, produk aerogel banyak digunakan di bidang-bidang utama seperti dirgantara.
Mengingat situasi ini, tim inovasi yang dipimpin oleh Xie Yi, akademisi Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok dan profesor Universitas Sains dan Teknologi Tiongkok, setelah melakukan upaya tak henti-hentinya selama puluhan tahun, telah secara mandiri mengembangkan metode persiapan aerogel yang terkemuka di dunia - " metode pengeringan tekanan atmosfer aerogel perlindungan lingkungan". Metode ini dapat sangat mengurangi biaya persiapan aerogel, mendorong industrialisasi produk aerogel dengan lebih lancar, dan menjadikannya benar-benar memasuki kehidupan kita sehari-hari.
Aplikasi: Membangun "mantel api"
Di bidang konstruksi, penerapan aerogel telah mencapai hasil yang luar biasa. Misalnya, di gedung komersial besar, konsumsi energi tahunan untuk pendinginan dan pemanasan cukup besar bila isolasi aerogel tidak digunakan, dan biaya listrik menyumbang sebagian besar biaya operasional. Setelah modifikasi bahan insulasi aerogel, melalui pemantauan dan statistik konsumsi energi yang ketat, ditemukan bahwa konsumsi energi tahunan untuk pendinginan dan pemanasan sangat berkurang, dan pengeluaran listrik terkait juga berkurang secara signifikan.
Tingkat konsumsi energi jauh lebih rendah dibandingkan bangunan komersial serupa di sekitarnya yang tidak menggunakan insulasi aerogel, dan penghematan energinya terlihat jelas.
Hal ini terutama disebabkan oleh kinerja yang sangat baik dari lapisan insulasi bangunan aerogel. Hanya memerlukan lapisan tipis 2 hingga 5 mm untuk mencapai efek suhu konstan dari bahan insulasi biasa 40 hingga 60 mm, sehingga mengurangi konsumsi energi ruangan lebih dari 30%. Kemampuan isolasi yang sangat efisien ini tidak hanya menghemat biaya operasional yang cukup besar bagi pemilik bangunan, namun juga memberikan kontribusi positif dalam mengurangi konsumsi energi secara keseluruhan di sektor konstruksi dalam konteks advokasi seluruh masyarakat terhadap konservasi energi dan pengurangan emisi.
Zhejiang Runfew New Material Co., Ltd telah memainkan peran yang sangat diperlukan dalam proses ini. Produk seri aerogel yang dikembangkan dengan cermat terus memberikan vitalitas baru ke dalam bidang konservasi energi bangunan, membantu lebih banyak bangunan mencapai isolasi efisiensi tinggi serta penghematan energi dan pengurangan konsumsi, dan menjadikan aerogel bahan ajaib ini memiliki nilai lebih besar di bidang konstruksi.