Silica Aerogel: The Astonishing Material for Lightweight Insulation and Advanced Aerospace Applications!

ในโลกของวัสดุศาสตร์ อินโนเวชั่นใหม่ๆ กำลังเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง เพื่อตอบสนองความต้องการของอุตสาหกรรมที่หลากหลาย หนึ่งในวัสดุที่น่าทึ่งที่สุดที่ได้รับความสนใจเพิ่มขึ้นคือ Silica Aerogel หรือที่รู้จักกันว่า “gel ของอากาศ”

Silica Aerogel เป็นวัสดุที่มีโครงสร้าง nanoporous ซึ่งหมายถึงมีรูพรุนขนาดนาโนเมตรกระจายอยู่ทั่วทั้งวัสดุ ทำให้มันมีความหนาแน่นต่ำมาก (ประมาณ 0.001-0.1 g/cm³) และเป็นตัวนำความร้อนและความชื้นที่ยอดเยี่ยม

คุณสมบัติพิเศษเหล่านี้เกิดจากกระบวนการผลิต Silica Aerogel ที่ซับซ้อนซึ่งเริ่มต้นด้วยการเตรียมเจลของซิลิกา จากนั้นจะผ่านขั้นตอนการทำให้แห้งโดยใช้ supercritical carbon dioxide ซึ่งช่วยรักษาโครงสร้าง nanoporous ของวัสดุ

Silica Aerogel มีข้อดีมากมาย:

• ความเบา:

Silica Aerogel เป็นหนึ่งในวัสดุที่เบาที่สุดในโลก เนื่องจากมีรูพรุนจำนวนมาก

• คุณสมบัติฉนวนความร้อน:

โครงสร้าง nanoporous ทำให้ Silica Aerogel สามารถกันความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ

• ทนทานต่ออุณหภูมิสูง:

Silica Aerogel สามารถทนต่ออุณหภูมิได้สูงถึง 1,000 °C

• ความโปร่งใสและไดอิเล็กทริก:

Silica Aerogel มีความโปร่งใสในช่วงของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า และเป็นฉนวนที่ดีในทางไฟฟ้า

การประยุกต์ Silica Aerogel:

ด้วยคุณสมบัติที่โดดเด่น Silica Aerogel จึงมีการใช้งานในอุตสาหกรรมต่างๆ:

อุตสาหกรรม	การประยุกต์
ก่อสร้าง:	ฉนวนกันความร้อนและเสียงสำหรับอาคาร, หน้าต่าง, และหลังคา
อวกาศ:	ฉนวนกันความร้อนสำหรับยานอวกาศ, ระบบควบคุมอุณหภูมิของดาวเทียม
พลังงาน:	ฉนวนกันความร้อนสำหรับท่อส่งน้ำมันและก๊าซ, โมดูลเซลล์แสงอาทิตย์

การผลิต Silica Aerogel:

กระบวนการผลิต Silica Aerogel แบ่งออกเป็นขั้นตอนหลักๆ:

1. การเตรียมเจลของซิลิกา:

SiO2 ในรูปของ tetraethyl orthosilicate (TEOS) จะถูกผสมกับตัวทำละลายเช่น ethanol และน้ำในอัตราส่วนที่เหมาะสม จากนั้นจะเติม catalyzer เช่น ammonium hydroxide เพื่อเร่งปฏิกิริยา hydrolysis และ condensation ของ TEOS ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของเจลของซิลิกา

2. การทำให้แห้งด้วย supercritical carbon dioxide:

เจลที่ได้จะถูกวางไว้ในภาชนะที่บรรจุ CO2 ที่อยู่ในสถานะ supercritical ซึ่งมีอุณหภูมิและความดันสูงกว่าจุดวิกฤตของ CO2 CO2 จะแทรกซึมเข้าไปในรูพรุนของเจลแทนที่น้ำและตัวทำละลายอื่นๆ ออกมาโดยไม่ทำให้โครงสร้าง nanoporous ของ gel เสียหาย

3. การ aging และ thermal treatment:

หลังจากขั้นตอนการทำให้แห้ง เจลจะผ่านขั้นตอน aging ที่อุณหภูมิห้องเพื่อเสริมสร้างโครงสร้าง จากนั้น silica aerogel จะถูกนำไป undergo thermal treatment ที่อุณหภูมิสูง เพื่อขจัด impurities และเพิ่มความแข็งแรงของวัสดุ

อนาคตของ Silica Aerogel:

Silica Aerogel มีศักยภาพในการเติบโตอย่างรวดเร็วในอนาคต เนื่องจากมีความต้องการฉนวนกันความร้อนที่เบาและมีประสิทธิภาพสูงขึ้นในอุตสาหกรรมต่างๆ การวิจัยและพัฒนาอย่างต่อเนื่องจะช่วยปรับปรุงคุณสมบัติของ Silica Aerogel และขยายการประยุกต์ใช้ของวัสดุชนิดนี้ไปยังสาขาใหม่ๆ