Gli scienziati lavorano per risolvere il problema che le prestazioni dei materiali protettivi aerogel convenzionali si deteriorano gravemente in condizioni di lavoro difficili. Credito:Nano Research, Tsinghua University Press
I materiali aerogel svolgono un ruolo fondamentale come materiali protettivi necessari per molti campi, incluso come materiale di schermatura dalle interferenze elettromagnetiche per la tecnologia 5G, materiale termoisolante in grattacieli e materiale invisibile a infrarossi per applicazioni militari. Gli attuali materiali protettivi, tuttavia, spesso perdono le loro funzioni protettive in condizioni difficili come temperature estreme, rendendoli inefficaci. Altri materiali protettivi perdono la loro elasticità, causando problemi di prestazioni simili. Ora, un team di ricercatori dell'Università di Sichuan ha sviluppato nuovi materiali aerogel in grado di mantenere la loro funzionalità e superelasticità a temperature estreme.
I risultati sono stati pubblicati in Nano Research .
"Volevamo risolvere il problema del deterioramento delle prestazioni dei materiali protettivi convenzionali in aerogel in condizioni di lavoro difficili", ha affermato l'autore corrispondente Hai-Bo Zhao, professore al College of Chemistry presso l'Università di Sichuan.
Prima degli sviluppi del team di Zhao, i materiali espansi a base di polimeri erano comunemente usati come materiali protettivi. Questi materiali mostravano i tratti positivi della superelasticità e dell'elevata comprimibilità, ma non erano in grado di mantenere queste proprietà dopo le temperature di fusione dei polimeri. Un altro materiale comunemente usato erano le schiume metalliche e ceramiche, che erano stabili in tutti gli intervalli di temperatura in modo tale che le loro controparti in schiuma a base di polimeri non lo fossero, ma non avevano l'elasticità necessaria per essere pratiche.
Un approccio che si avvicinava a una soluzione scalabile prevedeva l'uso di aerogel di carbonio, che hanno caratteristiche che si prestano bene all'isolamento termico e alle interferenze elettromagnetiche, come un'elevata area superficiale specifica, bassa densità, buona conduttività elettrica e stabilità chimica e termica. Tuttavia, gli aerogel di carbonio hanno limitazioni dovute ad alcune proprietà intrinseche. I nanotubi di carbonio sono diventati un modo popolare per costruire aerogel di carbonio superelastici, poiché potevano mantenere le proprietà necessarie alle alte temperature, ma poiché la preparazione richiedeva così tanti passaggi, i metodi non erano scalabili.
Concentrandosi sulla progettazione della microstruttura, il team di Zhao è stato in grado di sviluppare un aerogel polimerico con superelasticità che funzionava in un intervallo di temperatura compreso tra -196 e 500°C con un processo scalabile e pratico.
"A differenza della maggior parte degli aerogel di carbonio riportati in precedenza che di solito possiedono scarse proprietà meccaniche, i materiali dell'aerogel preparati mostrano una superelasticità invariante alla temperatura pur mantenendo prestazioni protettive multifunzionali", ha affermato Zhao, che è anche affiliato al National Engineering Laboratory for Eco-Friendly Polymeric Materials nel Sichuan e con il Collaborative Innovation Center for Eco-Friendly and Fire-Safety Polymeric Materials.
Il metodo di Zhao utilizza nanotubi di carbonio compositi a pareti multiple, composti da aerogel di carbonio/carbonio orientati bidirezionalmente, in altre parole, una combinazione che consente di combinare i tratti positivi degli aerogel di carbonio con i tratti positivi dei nanotubi di carbonio con uno scheletro di carbonio altamente ordinato, uno dei fattori chiave di differenziazione tra questo nuovo metodo e i metodi precedenti. Il loro metodo scalabile per ottenere le microstrutture desiderate, in particolare strutture ad arco altamente orientate, prevede un processo di congelamento e carbonizzazione bidirezionale per sviluppare gli aerogel carbonio/carbonio.
"I materiali dell'aerogel riportati mantengono la superelasticità, l'elevata efficacia di schermatura delle interferenze elettromagnetiche, l'isolamento termico e l'invisibilità agli infrarossi in un ampio intervallo di temperature da -196 a 500 ° C e dopo la compressione ciclica per centinaia di volte", ha affermato Zhao. "L'aspetto più interessante è il processo di preparazione economico e semplice, che ha posto le basi per la potenziale applicazione pratica del materiale."
Zhao ha affermato che il prossimo passo è rendere disponibili gli aerogel per l'uso in contesti commerciali, militari e di altro tipo.
"Vorremmo promuovere l'industrializzazione dell'aerogel segnalato e promuovere l'applicazione nella tecnologia 5G, grattacieli, uso militare e altro", ha affermato. + Esplora ulteriormente
