Con người luôn đi tìm kiếm và chế tạo ra những vật liệu mới với những tính năng ưu việt trong đó có "khí đóng băng" Aerogel. Theo những tin khoa học mới gần đây, Aerogel có thể sẽ là loại siêu vật liệu tiềm năng của tương lai.
Theo những tin khoa học mới nhất của giới nghiên cứu, siêu vật liệu Aerogel với những đặc tính ưu việt, có lẽ sẽ trở thành loại vật liệu tiềm năng, có nhiều ứng dụng trong tương lai.
Aerogel là gì?
Aerogel còn được ông gọi là Alcogel, do được chế tạo từ gel silica (SiO2) và ancol. Nói một cách đơn giản, chỉ cần cho rượu bay hơi khỏi gel silica sẽ tạo ra cấu trúc Aerogel, giống như thổi không khí qua một miếng bọt biển thấm nước vậy, nó sẽ bị khô đi. Tuy nhiên, trên thực tế, nếu để tự nhiên sẽ không bao giờ xảy ra được quá trình đó. Thay vì chỉ dựa trên sự bốc hơi, Aerogel được chế tạo qua các công đoạn như sau:
Ban đầu, cần tạo ra môi trường gel một nhiệt độ và áp suất đạt đến điểm tới hạn - ở mức mà không có sự khác biệt nhiều giữa chất lỏng và chất khí. Tiếp đến, giữ nguyên mức nhiết độ ở điểm tới hạn, giảm từ từ áp suất. Khi áp suất giảm, các phân tử được giải phóng dưới dạng khí và lỏng với mật độ không quá dày đặc.
Bước tiếp theo là làm lạnh. Trước khi làm lạnh, sẽ có một lượng rượu nhỏ được ngưng tụ lại thành chất lỏng, sau đó sẽ được chuyển thành dạng hơi như ban đầu. Những gì còn lại sẽ là một chất rắn bằng silica, nhưng thay vì ở dạng lỏng thì nó lại chứa đầy không khí. Sản phẩm thu được ở bước này có thể gọi là Alcogel. Acogel sau khi bị khử rượu sẽ được gọi là Aerogel (rượu đã bị thay thế bằng khí).
Lịch sử phát triển
Thực ra, keo khí đã được phát hiện từ đầu những năm 30. Nhưng đến thập kỷ 70, người ta tập trung vào cao su và chất dẻo nhiều hơn và keo khí gần như bị quên lãng, mãi gần đây nó mới được quan tâm trở lại. Nhờ khả năng cách nhiệt và cách âm đặc biệt, năm 1997, keo khí đã được Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ (NASA) đưa vào sử dụng. Họ dùng loại vật liệu này để bọc con tàu “Sojourner” tránh sự xâm nhập của nhiệt độ lạnh giá trên sao Hoả. Còn trên mặt đất, keo khí đang được nghiên cứu ứng dụng trong việc chế tạo những cửa sổ cách nhiệt.
Tính chất
Aerogel được nhắc tới nhiều nhờ các đặc tính vật liệu ấn tượng mà không một vật liệu nào khác có được.
Aerogel là một dạng vật liệu có rất nhiều tính chất thú vị: Đầu tiên, Aerogel là dạng vật liệu nhẹ nhất, rắn nhất, cách điện tốt nhất và mật độ vật chất thấp nhất. Nó nhẹ đến mức, có thể đặt được trên một bông hoa. Với thể tích 1 inch khối (khoảng 16,3 ml) có thể dát mỏng và phủ lên toàn bộ một sân bóng đá.
Cho tới nay, nó vẫn giữ kỷ lục về việc là vật liệu có mật độ khối thấp nhất, đường khuếch tán tự do trung bình thấp nhất, diện tích bề mặt cao nhất, hằng số điện môi thấp nhất.
Aerogel là một dạng "khí lẫn rắn", có tới 90% thể tích là không khí, do đó nó chỉ nặng hơn không khí 3 lần và nhẹ hơn thủy tinh tới 1.000 lần. Tuy chủ yếu là khí, nhưng Aerogel có thể chịu được sức nặng gấp từ 500 đến 4.000 lần trọng lượng của nó.
Aerogel cũng có khả năng cho không khí xuyên qua, chống cháy và có thể thấm cả dầu lẫn nước. Nó cũng chịu được nhiệt độ lên tới 1.200 độ C.
Nó cũng có khả năng cho không khí xuyên qua, chống cháy và có thể thấm cả dầu lẫn nước. Chưa hết, Aerogel vừa có thể làm dây dẫn điện vừa có thể trở thành một chất cách điện tốt nhất từ trước tới nay khi được pha trộn với một số vật liệu khác.
Có ba loại Aerogel phổ biến nhất hiện nay đó là silica, carbon và oxit kim loại. Điểm yếu của Aerogel là độ giòn, đặc biệt khi làm từ silic. Tuy nhiên, các nhà khoa học của Cơ quan Hàng không Mỹ (NASA) đã thử nghiệm với vật liệu làm từ polymer, ứng dụng tính cách điện của nó cho các tàu vũ trụ. Trộn thêm hợp chất khác vào aerogel căn bản có thể khiến nó linh hoạt hơn.
Ứng dụng
Với những khả năng phi thường đó, Aerogel xứng đáng với cái tên “vật liệu tốt nhất hành tinh”. Với ngần ấy tính năng ưu việt, Aerogel có thể được áp dụng trong rất nhiều lĩnh vực, cho phép con người làm được những điều chưa từng làm được với các loại vật liệu trước đó. Bởi vì cấu trúc độc đáo của nó, Aerogel cũng được sử dụng như là một chất cách điện “lì lợm” nhất trên trái đất.
Những bộ quần áo siêu cách điện sử dụng cấu trúc Aerogel có thể hoàn toàn chống lại ba hiện tượng truyền nhiệt: đối lưu, dẫn nhiệt và bức xạ.Ứng dụng rộng dãi và quan trọng bậc nhất của Aerogel hiện nay phải nói đến trong ngành công nghiệp vũ trụ. Từ các thiết bị cách điện của tàu vũ trụ Mars cho đến các tấm lưới lọc bụi vũ trụ phát ra từ các sao chổi.
Ngoài ra, NASA cũng đã sử dụng Aerogel để làm kính cửa sổ, vỏ bọc cho các tàu thám hiểm như Mars Pathfinder, Mars Exploration Rovers và Stardust; chế tạo quần áo cách nhiệt cho phi hình gia; làm vỏ máy bay...Ngoài ra, aerogel còn có thể thúc đẩy công nghệ xanh trên toàn thế giới. Carbon aerogel có tiềm năng lớn trong các siêu tụ điện, pin dành cho ô tô điện...
Chiếc túi xách đến từ thương hiệu thời trang Coperni Air Swipe được làm từ vật liệu aerogel xuất hiện lần đầu tại bộ sưu tập Thu Đông 2024, trong Tuần lễ Thời trang Paris, và đã nhanh chóng trở thành chủ đề bàn tán của thế giới thời trang nhờ các đặc tính phi thường của nó.
Năm 2019, các nghệ nhân tại studio Bompass & Parr có trụ sở tại London cũng từng sử dụng công nghệ aerogel để tạo ra món tráng miệng nhẹ nhất thế giới, với 96% là không khí và chỉ nặng 1 gram. NASA cũng đã nghiên cứu các loại aerogel khác nhau để ứng dụng chúng trong lĩnh vực hàng không - vũ trụ. Họ tạo ra aerogel được gia cố bằng polyme, từ đó giúp tăng cường độ bền cho vật liệu, khi nay chúng có thể gập lại và không bám bụi. Nhờ đó, aerogel polyme trở thành loại vật liệu lý tưởng để sử dụng trong môi trường chân không, cụ thể là làm chất đông lạnh hoặc chế tạo các bộ đồ vũ trụ trong các chuyến thám hiểm không gian, cũng như trong các tình huống chịu ảnh hưởng bởi nhiều trọng lực khác nhau. |