Termal süper yalıtım için kimyasal olarak bağlanmış çok nano katmanlı aerojel

Düşük ısı iletkenliğine haiz ısı süper yalıtım malzemeleri, aşırı koşullarda ısı yalıtımı ve koruma için gereklidir. Bu malzemeler, muhteşem yalıtım ve güvenilirliğe gerekseme duyan derin uzay araştırmaları, havacılık, uzay, mekanik ve termik enerji mühendisliği şeklinde alanlarda bilhassa gereklidir.

İnorganik aerojeller, ultra hafifçe ağırlık, yüksek deformasyona uğramış olabilirlik, muhteşem yangın/korozyon direnci ve düşük termal iletkenlik şeklinde birçok üstün özellik sergileyerek termal yalıtkanlarda umut vaat etmektedir.

Bununla beraber, inorganik aerojeller, mekanik ve termal özellikleri arasındaki ödünleşimden hâlâ rahatsızdır ve bu durum, işlevselliklerini daha çok keşfetmek için mühim bir engel teşkil etmektedir. İnorganik aerojellerde mekanik yada termal özelliklerdeki artış iyi çalışılmış olsa da, bu tipik değiş tokuşu çözmek için etkili sinerjistik stratejiler hala eksiktir.

dergisinde gösterilen yeni bir araştırma makalesinde, Ulusal Bilim İncelemesiHarbin Teknoloji Enstitüsü ve Güneydoğu Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, mekanik ve termal özellikleri aynı anda geliştirmek için bir grafen/amorf bor nitrür aerojelinin (a-BNGA) kimyasal olarak bağlanmış fazlaca nano-tabakalı tasarımını ve sentezini sunarlar.

Önceki çalışmaların aksine, grafen çerçevesi, kimyasal olarak bağlanmış bir fazlaca nano-katmanlı yapı oluşturan, her iki tarafta a-BN nano-katmanı tarafınca muntazam bir halde biriktirilir. Kimyasal olarak bağlanmış arayüzlerin, tekdüze a-BN ceketini, tendon benzeri bir mekanizma kanalıyla hareket eden ve çerçevede sinerjistik bir deformasyon ve yük aktarımı elde eden grafen iskeletine sıkıca tutturduğu bulunmuş oldu.

Ek olarak, a-BN nanotabaka, hücre duvarlarının elastik sertliğini artırabilir, istenen bir eğilme momenti dağılımı sağlar ve yapısal esnekliği çoğaltmak için birleştirilmiş bir sertleştirme tesiri gerçekleştirir.

Ortaya çıkan a-BNGA, ultra yüksek esnekliğe (%99’a kadar elastik sıkıştırma gerilmesi, %90’a kadar elastik eğilme gerilmesi) ve muhteşem termal kararlılığa (keskin termal şoklardan sonrasında neredeyse asla direnç kaybı) haiz ultra düşük bir yoğunluğa haizdir. Araştırmacılar, insan elindeki bir aerojel çiçeğinin katlama ve açma işlemiyle esnek deformasyona uğramış olabilirliği gösteriyor.

Bilhassa, hacim olarak %20’yi aşan aerojel içindeki a-BN nano tabakası mekanik olarak fazlaca önemlidir sadece termal olarak etken değildir – ısı yalıtım malzemeleri için ideal bir durumdur. Beraber malzemenin vakumdaki görünür termal iletkenliğini oluşturan katı iletim ve ışınım katkıları. Düşük yoğunluk sebebiyle etkili iletim yollarının azlığından ve arayüz tarafınca ek fonon saçılmasından yararlanarak, katı iletim etkili bir halde önlenebilir.

Ek olarak grafen, ışınımsal termal taşınmayı azaltmak için bir kızılötesi soğurucu olarak kullanılabilir. Araştırmacılar deneysel olarak bu aerojelin bugüne dek bağımsız katı malzemeler içinde vakumda üstün dereceli düzeyde düşük termal iletkenliğe haiz bulunduğunu kanıtladılar. Ek olarak, dünya dışı bulgu uygulamalarında aerojelin termal süper yalıtım kabiliyetlerini sergilemek için yüksek vakumda çalışan bir Ay tabanlı model tasarladılar.

Prof. Xiang Xu, “İnorganik aerojelin muhteşem mekanik ve termal özelliklerinin bir kombinasyonunu elde ediyoruz ve Ay ve Mars üsleri, uydular ve uzay araçları şeklinde aşırı koşullarda termal süper yalıtım için sağlam bir araç-gereç sistemi tanımlıyoruz.” ve yapısal tasarım, inorganik aerojellerin başka benzersiz işlevlere haiz olması için de fırsatlar sağlayabilir.”