ĐỀ tài vật LIỆU QUANG NHIỆT AEROGEL

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ -o0o - ĐỀ TÀI: VẬT LIỆU QUANG NHIỆT AEROGEL Giảng viên hướng dẫn: Bùi Hồng Sơn Lớp: EMA2036_20 Sinh viên thực hiện: Nhóm 10 Danh Tiến Hán Thhị Thhu -200220845 Mạnh -20002088447 Hoàng Huy Tuấn -19020780 Giang Văn Thhứức -200200846 Lê Minh Trrí -2000208448 Hà Nội, ngày 20 tháng 11 năm 2022 LỜI NÓI ĐẦU Trong bối cảnh cơng nghiệp hóa, đại hóa, ngành cơng nghệ nói chung cơng nghệ vật liệu bước đạt thành cơng định Trong đó, vật liệu quang nhiệt giữ vai trò quan trọng định ngành vật liệu Bài báo cáo đề cập đến vật liệu Aerogel số công ty sản xuất vật liệu quang nhiệt dựa Aerogel, bên cạnh phát triển, tiềm vật liệu tương lai Nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Bùi Hồng Sơn tận tình hướng dẫn, bảo nhóm em để chúng em, giúp chúng em hoàn thiện báo cáo vật liệu Aerogel cách tốt MỤC LỤC Trang Lời nói đầu………………………………………………… ……………… Mục lục……………………………………………… …………………… I Lịch sử phát triển Aerogel……………………………………… Lịch sử tìm Aerogel……………………………………… Quá trình phát triển Aerogel……………………………… II Đặc điểm Aerogel………………………………………… Tính chất Aerogel………………………………………… Tính ưu việt Aerogel………………………………………… … Ứng dụng…………………………………………… ……………… III Các công ty sản xuất vật liệu quang nhiệt dựa Aerogel….……… A Một số công ty………………………………………………… ….… Aspen Aerog el…… ……… ……… ……… ……… ……… ……… … Svens ka Aerog el Holdin g AB… ……… ……… ……… ……… …… Công nghệ Green Earth Airgel………………………………… Cabot Corporation………………………………… …………… B Giới thiệu công ty Aerothem, giá sản phẩm…………………… 1.Công ty AEROTHEM technologies……………………………… 2.Một số sản phẩm công ty……………………………………… IV Tương lai cho Aerogel…………………………………………… …… V Tài liệu tham khảo……………………………………………… …… 4 6 11 12 12 12 12 12 13 13 13 13 15 17 19 I LỊCH SỬ VÀ QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA AEROGEL Lịch sử tìm Aerogel Aerogel định nghĩa hệ gel khô (không chứa dung môi hệ gel) với lượng lớn lỗ rỗng cấu trúc, aerogel có khối lượng nhẹ nên aerogel cịn gọi tên “khói băng” hay “khói rắn” Aerogel tổng hợp bước đầu trình hình thành hệ sol-gel, q trình hình thành sol-gel thường thực điều kiện áp suất khí nhiệt độ phịng Hệ gel thường hình thành từ phản ứng polymer hóa hạt sol với polymer hóa trực tiếp từ phân tử vật liệu ban đầu mà khơng cần hình thành nên hệ sol Tiếp theo trình hình thành hệ sol-gel, trình già hóa, q trình giúp củng cố, tăng cường liên kết phân tử hệ gel cuối q trình làm khơ dung mơi Q trình làm khơ dung mơi q trình thay dung mơi hệ “gel ướt” khơng khí, q trình phức tạp, địi hỏi sử dụng cơng nghệ đặc biệt dung mơi gel ướt làm bay theo cách thông thường sấy khơ nung gây tượng “sụp” cấu trúc gel để tạo thành dạng xerogel Công nghệ thường sử dụng để làm khô hệ gel ướt phương pháp trích ly dung môi CO2 siêu lỏng tới hạn (SCD) Sự đời Aerogel bắt nguồn từ câu chuyện kể lại vào cuối năm 1920, Samuel Kistler (1900-1975), giáo sư hóa học người Mỹ đánh cược với đồng nghiệp Charles Learned rằng: “Có tồn loại gel không chứa thành phần chất lỏng bên nó" Tất nhiên, khơng tin điều ơng nói Bằng kiên trì tâm mình, sau nhiều thử nghiệm gặp khơng thất bại, cuối Kistler tìm loại gel trạng thái khí (khơng phải trạng thái lỏng), loại gel chưa biết đến, chí chưa tưởng tưởng Ơng trở thành người thay trạng thái lỏng gel thành trạng thái khí đặt tên cho “Aerogel” Năm 1931, ơng cơng bố phát viết: “Coherent Expanded Aerogels and Jellies", đăng tạp chí khoa học Nature Trong loại aerogel tạo giới, silica aerogel nghiên cứu, ứng dụng rộng rãi tiêu thụ nhiều silica aerogel tổng hợp với quy trình đơn giản, nguồn nguyên vật liệu để tổng hợp nên silica aerogel phong phú dồi dào, đồng thời silica aerogel có nhiều tính chất đặc biệt độ truyền suốt ánh sáng, dễ dàng biến tính thay đổi để phù hợp với nhiều mục tiêu ứng dụng khác Aerogel giới tổng hợp nên silica aerogel vào năm 1931 Samuel Stephens Kistler, ơng giữ ngun cấu trúc, hình dạng hệ gel lỏng lấy hết dung môi giải pháp hiệu suất cao giải thách thức khách hàng đồng thời chuẩn bị cho họ cho nhu cầu tương lai Họ chuyên tạo xử lý hạt siêu mịn, sửa đổi bề mặt hạt siêu mịn để thay đổi chức chúng thiết kế hạt để truyền đặc tính định cho vật liệu tổng hợp B Giới thiệu công ty Aerogel Technologies, giá sản phẩm Công ty Aerogel Technologies: Aerogel Technologies, LLC nhà sản xuất hàng đầu giới vật liệu aerogel mạnh mặt học aerogel nguyên khối, nhà phân phối trực tuyến hàng đầu vật liệu aerogel nhà cung cấp giải pháp aerogel tùy chỉnh hàng đầu a Cơ sở vật chất vị trí: Airgel Technologies có trụ sở Boston, Massachusetts, Hoa Kỳ với văn phòng kinh doanh, nghiên cứu phát triển, sản xuất sở b Lịch sử phát triển: Nguồn gốc công ty (2004-2008): Công nghệ Aerogel thành lập vào năm 2004 với mục tiêu ban đầu làm cho vật liệu aerogel dễ dàng tiếp cận với cơng chúng Aerogel Technologies nhìn thấy hội thương mại hóa aerogel nguyên khối yếu tố hình thức bổ sung cho ứng dụng nghiên cứu khoa 14 học, kỹ thuật nhiệt độ cao, quang học, giáo dục tính mới, với mục tiêu cuối tạo khối aerogel suốt, siêu cách nhiệt cho cửa sổ Các hoạt động sản xuất (2009-2012): Vào năm 2009, Aerorogegel Technologies bắt đầu sản xuất sản phẩm aerogel nguyên khối từ sở sản xuất Beacon Trong giai đoạn từ 2010-2012, công ty sản xuất bán hàng nghìn đơn vị aerogel ngồi việc đảm bảo số đơn đặt hàng số lượng lớn cho phận aerogel; mở rộng sở sản xuất nghiên cứu; mở rộng dòng sản phẩm để bao gồm hình dạng, bố cục yếu tố hình thức bổ sung; hồn thành nhiều hợp đồng giải pháp tùy chỉnh cho phịng thí nghiệm phủ, nhóm trường đại học, công ty tư nhân khắp giới Đột phá khả mở rộng (2013): Bắt đầu từ năm 2013, nhà nghiên cứu Aerogel Technologies khám phá phương pháp sản xuất aerogel mạnh mặt học bên máy sấy siêu tới hạn mà khơng ảnh hưởng đến đặc tính vật liệu aerogel Công nghệ này, mà công ty gọi quy trình Stelmakh, trở thành sở cho hai hồ sơ cấp sáng chế quốc tế khởi đầu cho khả công ty việc sản xuất vật liệu aerogel mà không bị giới hạn phận phù hợp với kích thước bình áp suất cao sấy siêu tới hạn đắt tiền Vào cuối năm 2015, Aerogel Technologies giành giấy phép cho sáng chế aerogel x-aerogel / polyme liên kết ngang NASA Aerogel Technologies trao giấy phép thành công cho aerogel polyimide polyamide mạnh mặt học NASA cho dạng nguyên khối, với tính độc quyền nhiều lĩnh vực Nhà máy thí điểm (2018): Vào năm 2018, Aerogel Technologies đảm bảo khoản đầu tư tư nhân để tài trợ cho việc xây dựng nhà máy thí điểm giới để sản xuất aerogel lớn mặt học Vào tháng năm 2018, công ty chuyển đến sở rộng 100.000 mét vuông khu phố Hyde Park Boston bắt đầu xây dựng nhà máy tự động để sản xuất hàng loạt sản phẩm Airloy M ột số sản phẩ m g ty a DỊ NG AIR LO Y X50 : -Thành phần: Aerogel silica liên kết chéo polymer -Tiện ích mục tiêu: Các ứng dụng truyền ánh sáng - Các tính năng: Vật liệu suốt nhẹ lần so với nhựa, cách nhiệt xốp khơng khí tĩnh bền mặt học Trơng giống aerogel cổ điển cho hiệu ứng thẩm mỹ hấp dẫn cung cấp đặc tính cách nhiệt cung 15 cấp độ suốt bảo vệ hình ảnh cho ứng dụng ánh sáng ban ngày Có sẵn 0,3 g / cc với nhiệt độ hoạt động lên đến 80 ° C Sản phẩm có sẵn: Airloy X56-MH Đĩa aerogel suốt Airloy ® X56 - Nhiệt độ hoạt động tối đa ~ 80 ° C Kích thước xấp xỉ đường kính "x 0,2" dày (5 cm x 0,5 cm) Số lưượợnng Giá thành sả phẩm Bảng giá sản phẩm dòng AIRLOY X50 b DÒNG AIRLOY X100: -Thành phần: Polyurea aerogel - Tiện ích mục tiêu: Thay nhựa nhẹ - Tính năng: Độ bền học tuyệt vời độ cứng mật độ thấp Đặc tính cách âm vượt trội đáng kể so với vật liệu cách âm khác tần số cao Các đặc tính cách nhiệt so sánh vượt trội so với bọt polystyrene polyurethane mở rộng Cảm giác giống nhựa, bán dẻo độ dày mm, dễ gia công, điều chỉnh nhiệt Có sẵn 0,1, 0,2 0,4 g / cc Các mật độ khác có sẵn dạng giải pháp tùy chỉnh Nhiệt độ hoạt động lên đến 80 °C - Sản phẩm có sẵn: Airloy X103-L, Airloy X103-M, Airloy X103-H, Airloy X103-XH, gạch aerogel Airloy ® X103 16 Gạch aerogel Airloy ® X103 Kích thước xấp xỉ "x 3" x 0,3 "(5 cm x 7,5 cm x 0,7 cm) Số lưượợnng Giá thành sản phẩm Bảng giá sản phẩm dòng AIRLOY X100 c Dòng AIRLOY X110: -Thành phần: Polyimide aerogel - Tiện ích mục tiêu: Thay nhựa nhẹ nhiệt độ cao - Các tính năng: Nhiệt độ hoạt động lên đến 400 ° C, không bắt lửa, độ bền học lớn độ cứng mật độ thấp Đặc tính cách nhiệt vượt trội so với cách nhiệt truyền thống Chất liệu cứng cáp Có sẵn 0,2 0,4 g / cc Các mật độ khác có sẵn dạng giải pháp tùy chỉnh - Sản phẩm có sẵn: Airloy X114-M, Airloy X114-H, Airloy X116-XL, Airloy X116-L, Airloy X117-L Airloy ® X116 Gạch aerogel bền khơng cháy 17 - Nhiệt độ hoạt động tối đa ~ 300 ° C Màu sắc màu vàng Kích thước xấp xỉ 2,5 "x 3" x 0,4 "(5 cm x 7,5 cm x cm) Số lưượợnng Giiá thhàànnh sảản phhẩẩm Bảng giá sản phẩm dòng AIRLOY X110 IV TƯƠNG LAI CHO AEROGEL Hiện nay, việc sản xuất Aerogel tốn giá thành cao Điều cản trở loại “siêu vật liệu” thể vai trị to lớn sống người Các nhà khoa học không ngừng nghiên cứu, vừa để giảm chi phí, vừa để tìm tính mới, phát triển thêm cho loại vật liệu ngày mạnh mẽ, ứng dụng ngày rộng rãi Năm 2002, giáo sư Nicholas Leventis đại học Khoa học công nghệ Missouri khiến giới ngạc nhiên công bố phương pháp mới, làm cho Aerogel khơng giịn trước Loại vật liệu biết đến X-aerogel, khơng mạnh mẽ mà cịn linh hoạt, không thấm nước chịu lực tác động lớn Nhược điểm X-aerogel quy trình sản xuất địi hỏi nhiều hóa chất nguy hiểm, nhiều thời gian hóa chất làm giảm phần khả cách nhiệt Mặc dù vậy, X-aerogel ứng dụng lĩnh vực như: cửa sổ mái nhà, lốp xe chống xì hơi, màng tế bào điện hóa, số thành phần máy bay, chắn nhiệt cho tàu vũ trụ Trong tương lai, loại vật liệu hứa hẹn tảng văn minh mới, thay đổi đời sống người Nó cánh tay đặc lực giúp người vươn xa hơn, ứng dụng ngày sâu rộng nhiều lĩnh vực đời sống Với công nghệ vật liệu nano bước phát triển cộng với kỹ thuật sản xuất với chi phí khơng q cao, dự báo aerogel - loại vật liệu có nhiều tính vượt trội, thân thiện với môi trường, tiềm ứng dụng cao, trở thành loại vật liệu phổ biến, có mặt tất lĩnh vực đời sống Hy vọng tương lai gần, aerogel không loại vật liệu xa lạ nước ta Hơn nữa, việc sản xuất thành công aerogel từ vỏ trấu thực Đại học Công nghệ Malaysia (UTM) nữ giáo sư Halimaton Hamdan, công nghệ làm hạ giá thành aerogel từ 1.300 USD xuống 125 USD với hiệu suất cách nhiệt cao gấp 37 lần so với lớp sợi thủy tinh Song song đó, nhà nghiên cứu Viện Cơng nghệ Massachusetts (MIT) phát triển loại bọt 18 cách nhiệt aerogel làm từ tro đốt loại vỏ trấu phế thải thành cơng… Kết cơng trình nghiên cứu sử dụng vỏ trấu để sản xuất aerogel cách nhiệt, mặt hàng cơng nghệ cao đắt giá có phạm vi sử dụng rộng rãi, lĩnh vực xây dựng mở hội cho nước sản xuất nhiều lúa gạo Việt Nam KẾT LUẬN Aerogel định nghĩa loại vật liệu xốp tổng hợp, có nguồn gốc từ loại gel pha lỏng gel thay khí khoảng 90% thể tích aerogel khơng khí Aerogel có nhiều ứng dụng bao gồm chế tạo vật liệu quang nhiệt nhờ độ xốp độ dẫn nhiệt thấp Dựa vào loại tiền chất, aerogel phân loại thành: • Airgel hữu (Làm từ tiền chất như: Polyurethane, Polystyrene, polyimide, cellulose…) • Airgel vô (Làm từ SiO2 loại alkoxysilane khác nhau: Al2O3, TiO2, ZrO2, SiC, v.v.) • Carbon Airgel (Làm từ ống nano carbon, carbon graphene) Thông thường, q trình chế tạo vật liệu aerogel có hai bước chính: tạo gel để tạo cấu trúc gel sấy khô để thay pha lỏng cấu trúc gel khơng khí Trong q trình tạo gel, tiền chất trộn với theo tỷ lệ mong muốn để tạo hỗn hợp thuốc thử tất tiền chất phân bố Tiếp theo, gel tạo thành hỗn hợp thuốc thử nhiệt độ thấp phản ứng xếp lại pha rắn Cuối cùng, cấu trúc aerogel thu cách loại bỏ nước khỏi gel phương pháp đơng khơ, mẫu làm lạnh điểm ba nước, đóng bang, chế tạo từ thành phần tự nhiên khác rơm rạ, dứa, hay bã mía, vỏ trấu để ứng dụng xử lý dầu tràn tạo thành nanocellulose để ứng dụng khử mặn nước biển phương pháp chế tạo đơn giản Ngày nhiều công ty lớn nghiên cứu loại vật liệu siêu nhẹ nên việc ứng dụng vật liệu từ aerogel trở lên phổ biến khơng cịn vấn đề xa vời Việt Nam Vật liệu quang nhiệt – aerogel hứa hẹn mang lại tiềm lớn tương lai nhiều lĩnh vực 19 V TÀI LIỆU THAM KHẢO http://www.aerogeltechnolog ies.com/classicaerogels/classic-aerogelproducts/ https://www.businesswire.com/news/h ome/20161122005708/en/Top-5-Vendorsin-the-Aerogel-Market-from-2016-to2020-Technavio https://www.ventureradar.com/key word/aerogel http://www.buyaerogel.com/ Aerogel- Vật liệu kỷ (secovina.com) http://secovina.com/aerogel-vat-lieu- cua-the-ky-63908u.html https://123docz.net/document/8557880-vat- lieu-vo-co-aerogel.htm http://www.aerogel.org/ https://www.tapatalk.com/groups/ddkhvl/aero gel-va-ng-d-ng-t1746.html 10 http://www.cesti.gov.vn/imag es/cesti/files/STINFO/N%C4%83m %202011/S%E1%BB%91%203%20%202011/Aerogel.pdf 20 ... nghệ vật liệu bước đạt thành cơng định Trong đó, vật liệu quang nhiệt giữ vai trò quan trọng định ngành vật liệu Bài báo cáo đề cập đến vật liệu Aerogel số công ty sản xuất vật liệu quang nhiệt. .. nhiều công ty lớn nghiên cứu loại vật liệu siêu nhẹ nên việc ứng dụng vật liệu từ aerogel trở lên phổ biến khơng cịn vấn đề q xa vời Việt Nam Vật liệu quang nhiệt – aerogel hứa hẹn mang lại tiềm... LUẬN Aerogel định nghĩa loại vật liệu xốp tổng hợp, có nguồn gốc từ loại gel pha lỏng gel thay khí khoảng 90% thể tích aerogel khơng khí Aerogel có nhiều ứng dụng bao gồm chế tạo vật liệu quang nhiệt