EnglishCon người luôn không ngừng tìm kiếm và sáng chế ra nhiều loại vật liệu mới với những tính năng ưu việt nhất. Và một trong những thành tựu đáng chú ý của cuộc “cách mạng” này chính là việc tìm ra Aerogel, một vật liệu nhẹ nhất thế giới tính từ trước đến nay.
Vậy Aerogel là gì? Cách tạo ra Aerogel là như thế nào? Những ứng dụng của nó ra sao? Hãy cùng với TCBM tìm hiểu rõ hơn thông qua bài viết này bạn nhé!
Aerogel là gì?
1. Aerogel là gì?
Aerogel là một loại vật liệu rắn siêu nhẹ và cực kỳ xốp, thường được mệnh danh là “khói đóng băng” (frozen smoke), “khói rắn” hoặc “đám mây rắn” nhờ vẻ ngoài mờ ảo, gần như trong suốt và trọng lượng gần như không tưởng.
Nó được tạo ra bằng cách lấy một loại gel (thường là gel silica – SiO₂ kết hợp với dung môi như cồn), sau đó thay thế hoàn toàn phần chất lỏng bằng khí (thông qua quá trình sấy siêu tới hạn hoặc các phương pháp đặc biệt khác) mà không làm sụp đổ cấu trúc mạng nano bên trong. Kết quả là một chất rắn có tới 90–99.8% thể tích là không khí, trở thành vật liệu rắn nhẹ nhất thế giới (được Guinness công nhận trong nhiều năm).
Aerogel chất rắn nhẹ nhất trái đất
2. Lịch sử ra đời và phát triển
Sự ra đời của Aerogel bắt nguồn từ một cuộc đánh cược của Samuel Kistler (1900 – 1975) – một giáo sư hóa học người Mỹ với đồng nghiệp của mình là Charles Learned. Kistler đã cho rằng rằng “có tồn tại một loại gel không lỏng”. Và hiển nhiên là không ai tin điều đó, bởi vì đặc tính lỏng là một đặc tính cố hữu của gel.
Qua nhiều nghiên cứu, thử nghiệm và nỗ lực không ngừng, Kistler cuối cùng cũng đã thành công trong việc tìm ra một loại “gel không lỏng” đầu tiên tồn tại dưới dạng khí và đặt tên cho nó là Aerogel. Quá trình tạo ra Aerogel diễn ra như sau:
- Tạo một môi trường gel (thường là alcogel từ silica, với cồn làm dung môi) và đưa vào điều kiện tới hạn (nhiệt độ và áp suất vượt điểm tới hạn của dung môi, thường là cồn ethanol).
- Giảm dần áp suất trong môi trường gel (quá trình sấy siêu tới hạn), nhưng vẫn duy trì nhiệt độ trên điểm tới hạn để tránh sự hình thành bề mặt phân cách lỏng-khí, từ đó ngăn chặn lực mao dẫn làm sụp cấu trúc.
- Kết quả thu được là một chất rắn bằng silica chứa không khí, gọi là Aerogel.
Tuy nhiên, do kỹ thuật điều chế của Kistler khá nguy hiểm (vì dùng alcohol ở nhiệt độ/áp suất cao, dễ cháy) và tốn kém nên sản xuất thương mại đã dừng lại (Monsanto ngừng vào những năm 1970). Sau này, các nhà khoa học đã tìm ra một phương pháp ít độc hại hơn. Họ đã thay precursor tạo gel silica bằng silicon alkoxide (như TMOS/TEOS) và thay alcohol bằng CO₂ siêu tới hạn trong quy trình sấy. Aerogel được “hồi sinh”, ít độc hại và có chi phí thấp hơn.
Aerogel có dạng gel khô, không chứa chất lỏng bên trong
3. Những tính chất ưu việt của Aerogel
Với bản chất là một dạng “khí lẫn rắn”, Aerogel có đến 90% thể tích là không khí. Vì thế nó chỉ nặng hơn không khí 3 lần và nhẹ hơn thủy tinh đến 1.000 lần, nhẹ đến mức có thể đặt được trên một bông hoa. Với thể tích 1 inch khối (tương đương 16,3 ml), diện tích bề mặt nội tại của nó (khoảng 500–1.200 m²/g) có thể tương đương với một sân tennis nếu tính theo khối lượng
Tuy là vật liệu siêu nhẹ, nhưng Aerogel lại có thể chịu sức nặng gấp từ 500 đến 4.000 lần trọng lượng của nó. Nó cho phép không khí xuyên qua, có tính chất cách nhiệt, chống cháy tốt và có thể thấm dầu (nhưng thường không thấm nước do tính chất hydrophobic). Không dừng lại ở đó, khi pha trộn với một số vật liệu khác, nó vừa có thể làm dây dẫn điện, vừa có thể làm chất cách điện với chất lượng tốt nhất từ trước đến nay.
Chính nhờ những đặc tính xuất sắc nêu trên, vật liệu siêu nhẹ Aerogel trở thành “vật liệu tốt nhất trên thế giới”. Điều này mở ra nhiều ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực, thực hiện được những công việc mà trước đó không có vật liệu nào có thể làm được.
Aerogel “cõng” được một vật nặng hơn nó gấp hàng trăm ngàn lần
4. Các loại Aerogel
Hiện nay có 3 loại Aerogel phổ biến, bao gồm: silica, carbon và oxit kim loại, trong đó, Aerogel silica phổ biến nhất. Dưới đây là thông tin chi tiết về 3 loại vật liệu này:
Aerogel silica
Aerogel silica là loại được phát hiện sớm nhất và phổ biến nhất hiện nay. Loại vật liệu này có màu xanh trong (do tán xạ Rayleigh), thường được gọi là “khói xanh” hoặc “frozen smoke” do hình thù mờ ảo của nó.
Khối lượng riêng của Aerogel silica dao động trong khoảng 0,003-0,35 g/cm³ (thường 0,01–0,2 g/cm³ cho loại thương mại), và diện tích bề mặt riêng nằm trong khoảng 500-1200 m²/g (thường 600-1000 m²/g). Khả năng cách nhiệt của vật liệu này vượt trội với hệ số dẫn nhiệt chỉ trong khoảng từ 10-25 mW/m.K (thường 12-20 mW/m.K), thấp hơn gấp nhiều lần so với bông khoáng (khoảng 40 mW/m.K), xốp cách nhiệt (khoảng 25-40 mW/m.K), bông thủy tinh (khoảng 50 mW/m.K),…
Khả năng cách âm của nó cũng rất tốt, với vận tốc truyền âm đạt khoảng 100 m/s hoặc thấp hơn (thấp hơn tốc độ âm trong không khí ~340 m/s). Vì thế mà nó được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực cách âm, cách nhiệt.
Khả năng cách nhiệt vượt trội của Aerogel silica
Aerogel oxit kim loại
Aerogel oxit kim loại có nhiều màu sắc khác nhau, phụ thuộc vào loại oxit kim loại tạo ra nó. Ví dụ, Aerogel oxit nhôm, titania, zirconia có màu xanh hoặc trắng; Aerogel oxit sắt có thể có màu đỏ hoặc vàng đục; còn Aerogel oxit crom thì có thể thấy màu xanh lá cây hoặc xanh dương mờ. Trong đó, Aerogel oxit nhôm có thể chịu va đập mạnh và được NASA ứng dụng để thu các hạt vật chất di chuyển với tốc độ cao trong lưới thu bụi vũ trụ.
Aerogel oxit kim loại có nhiều màu sắc khác nhau, phụ thuộc vào loại oxit kim loại tạo ra nó. Ví dụ:
- Aerogel oxit nhôm, titania, zirconia thường có màu trắng hoặc trong suốt với tán xạ Rayleigh xanh/xanh dương; Aerogel oxit sắt có thể có màu đỏ hoặc vàng đục;
- Aerogel oxit crom thì có thể thấy màu xanh lá cây hoặc xanh dương mờ.
Aerogel oxit nhôm (alumina) hoặc các loại tương tự có thể chịu va đập mạnh và được NASA ứng dụng để thu các hạt vật chất di chuyển với tốc độ cao trong lưới thu bụi vũ trụ (như sứ mệnh Stardust).
Aerogel carbon
Aerogel carbon có màu đen, đục. Đây là loại gel khí có độ xốp và diện tích bề mặt rất lớn, lên tới 400-2000 m²/g. Khả năng dẫn điện của nó có thể đạt 10-100 S/cm (tùy mật độ, có thể lên cao hơn ở một số loại). Và sự dẫn điện này có thể biến đổi tùy thuộc vào mật độ phân bố rắn trong cấu trúc. Với những đặc tính nổi bật của mình, đây được xem là một vật liệu tiềm năng cho việc ứng dụng trong các thiết bị điện tử (như siêu tụ điện, pin, cảm biến).
Aerogel carbon có màu đen, nhẹ và có thể đặt lên một bông hoa
5. Những ứng dụng của vật liệu aerogel
Aerogel – chất rắn nhẹ nhất trái đất ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Được sử dụng nhiều nhất là Aerogel silica với nhiều ứng dụng trong khoa học, công nghệ và đời sống, cụ thể như:
- Làm vật liệu cách nhiệt cho công trình xây dựng: làm sơn cách nhiệt, bảo ôn cho các đường ống nóng lạnh, đường ống dẫn hóa chất; cách nhiệt hàng hóa trong quá trình vận chuyển; chế tạo đồ bảo hộ đặc biệt (quần áo, giày bảo hộ),…
- Làm vật liệu cách âm cho những công trình đòi hỏi tiêu chuẩn cách âm cao. Ví dụ như rạp chiếu phim, nhà hát, sân vận động thể thao, tàu điện ngầm,…
- Làm các vật liệu chống cháy ở nhiệt độ cao.
- Dùng trong ngành điện: điện cực ắc quy, cảm biến đo độ ẩm, pin,…
- Dùng trong ngành công nghiệp dầu khí và hấp thụ dầu loang trên biển.
- Dùng trong các ngành công nghiệp vũ trụ, sản xuất mỹ phẩm, dược phẩm,…
Ứng dụng cách nhiệt cho đường ống ở nhiệt độ cao (ArmaGel HT)
6. ArmaGel – ứng dụng vật liệu Aerogel trong lĩnh vực cách nhiệt
Có thể thấy, Aerogel sở hữu nhiều tính năng ưu việt. Trong đó nổi bật là tính cách nhiệt được cho là hiệu quả nhất hiện nay với hệ số dẫn nhiệt cực thấp. Chính vì thế, Armacell – một công ty đa quốc gia chuyên phát triển cách giải pháp cách âm, cách nhiệt đã ứng dụng Aerogel để sản xuất một vật liệu cách nhiệt mới với công nghệ tiên tiến nhất, mang tên ArmaGel.
ArmaGel được thiết kế mang lại hiệu suất cách nhiệt và tiết kiệm năng lượng cao. Hiện tại, ArmaGel gồm có 2 dòng sản phẩm, được phân phối trực tiếp tại thị trường Việt Nam bởi Công ty TNHH VLXD Toàn Cầu – TCBM, gồm:
- ArmaGel XGH: Ứng dụng để cách nhiệt cho hệ thống đường ống, thiết bị công nghệ có dung môi nhiệt độ cao (lên đến 650°C / 1200°F).
- ArmaGel XGC: Ứng dụng để cách nhiệt cho đường ống, thiết bị công nghiệp có môi chất lạnh sâu (xuống đến -180°C / -292°F, phù hợp cryogenic và dual-temperature).
Ngoài khả năng cách nhiệt hiệu quả, 2 sản phẩm cách nhiệt đến từ nhà Armacell còn có nhiều ưu điểm như:
- Mỏng nhẹ, giúp tiết kiệm độ dày lớp cách nhiệt (lên đến 80% mỏng hơn so với vật liệu truyền thống), tiết kiệm diện tích lợp phủ kim loại.
- Tiết kiệm không gian và giảm tải trọng cho hệ thống.
- An toàn với môi trường, không chứa clorua (chloride-free) cùng với công nghệ giảm bụi LoDust.
- Có đặc tính kháng nước (hydrophobic), giúp hạn chế ăn mòn dưới lớp vật liệu (mitigate CUI – corrosion under insulation).
- Dễ dàng vận chuyển và lắp đặt.
ArmaGel XGC ứng dụng làm bảo ôn cho các đường ống lạnh
Lời kết
Thông qua bài viết này, hy vọng rằng chúng tôi đã cung cấp được cho bạn những thông tin bổ ích về vật liệu siêu nhẹ Aerogel. Bên cạnh đó là những ứng dụng đặc biệt của nó, phổ biến nhất là trong lĩnh vực cách nhiệt. Nếu bạn quan tâm về 2 dòng sản phẩm cách nhiệt ArmaGel được phân phối tại TCBM, hãy liên hệ ngay với chúng tôi theo số hotline 0911 771 551 hoặc thông tin chi tiết bên dưới đây để được hỗ trợ tư vấn và báo giá nhé!
CÔNG TY TNHH VLXD TOÀN CẦU
Địa chỉ trụ sở chính: 11 Đường số 49, Khu phố 3, Phường Bình Trưng, TP. Hồ Chí Minh
Văn phòng Hà Nội: P1125 Tòa nhà Việt Á, Số 9 Duy Tân, Phường Cầu Giấy, Hà Nội
Email: toancau@tcbm.vn
Hotline: 0911 771 551
