Aerogel từ chitosan

�Suối Nguồn Tri Thức Aerogel – vật liệu tiềm  Thảo nhiên Điều kỳ diệu mang tên aerogel Năm 1931, nhà khoa học Samuel Stephens Kistler (Canada) công bố khám phá tạp chí khoa học Nature, dạng vật chất kỳ lạ với tên gọi aerogel Có lẽ ông không ngờ, năm sau này, vật liệu dạng aerogel tạo cách mạng sản phẩm tương lai, từ máy giặt đến phi thuyền không gian nặng không khí lần, nhẹ thủy tinh đến 1.000 lần xem chất rắn nhẹ Aerogel silica giữ kỷ lục vật liệu có tính cách nhiệt tốt chất rắn có mật độ thấp nhất, 1mg/cm3 (trong mật độ không khí 1,2mg/cm3) Tính cách nhiệt 2,54 cm Aerogel tương đương với chồng gồm 30 kính cửa sổ nén lại! Aerogel oxit kim loại: chịu va đập mạnh, nhiều màu sắc rực rỡ: Aerogel oxit kim loại có nhiều màu sắc rực rỡ, tùy thuộc vào oxit kim loại tạo Aerogel oxit nhôm, titania, zirconia có màu xanh trắng; aerogel oxit sắt: màu đỏ màu vàng đục; aerogel oxit crôm: màu xanh Aerogel siêu nhẹ Có thể mường tượng vật liệu aerogel dạng vật liệu gel (một trạng thái, mạng lưới chất rắn chứa thành phần chất lỏng kết dính với nhau) “biến thể” Biến thể gel có nghĩa thành phần lỏng gel thay thành phần khí, có aerogel Sản phẩm aerogel có chất rắn, chứa 90% không khí nên nhẹ Nhờ tiến kỹ thuật, aerogel nhà khoa học chế biến để có đặc tính theo yêu cầu sử dụng đa dạng công nghiệp Tùy loại vật liệu “gốc” sử dụng chế tạo, aerogel có tính chất ưu việt khác Dưới số aerogel chế tạo: Aerogel, gọi gel khí dạng vật liệu có nhiều tính vượt trội ứng dụng nhiều lĩnh vực khác xanh dương mờ Ngoài có màu tím oải hương, màu vàng sáng, màu hồng phớt Aerogel oxit nhôm có khả chịu va đập mạnh, NASA sử dụng lưới thu bụi vũ trụ để thu hạt vật chất di chuyển với tốc độ cao Aerogel carbon: diện tích bề mặt cực Aerogel - “Khói đóng băng” Aerogel silica: siêu nhẹ, cách nhiệt cực tốt: Sáp màu không bị ảnh hưởng sức nóng từ lửa cách ly aerogel cao, dẫn điện tốt: Aerogel carbon có màu đen đục, loại gel khí có độ xốp diện tích bề mặt lớn (400 - 1.000m2/g), vài cm3 vật liệu trải rộng mặt nước với diện tích gần sân bóng Ngoài aerogel carbon dẫn điện tốt, không aerogel từ kim loại lại đặc biệt chỗ, khả dẫn điện thay đổi tùy theo mật độ, giảm mật độ, cho khả dẫn điện ngược lại Do nhà sản xuất tăng giảm mật độ để tối đa hóa tính dẫn điện diện tích bề mặt theo yêu cầu Gần đây, nhà nghiên cứu thuộc Trung tâm Công nghệ Nano trường Đại học Center Florida - Mỹ, chế tạo aerogel carbon có độ cứng đáng ngạc nhiên với diện tích bề mặt lớn chưa có từ ống nano cacbon đa vách Các dạng aerogel cải tiến: Hiện nay, công nghệ chế tạo aerogel phát triển, nhiều vật liệu bổ sung trình chế tạo để tạo aerogel có nhiều tính Aerogel silica dạng tìm thấy sớm phổ biến gel khí, gọi “khói đóng băng”, có màu xanh mờ Aerogel silica chứa đến 90% không khí, Các nhà khoa học Mỹ tạo loại aerogel từ đất sét, có bổ sung thêm số polyme để tạo loại aerogel STinfo 26 March 2011 Knowledge Stream� aerogel – hút dầu từ nước thải đồng thời thấm cách hiệu vết dầu loang môi trường siêu nhẹ, vừa kỵ nước, vừa ưa dầu, thấm hút lượng dầu lớn gấp lần trọng lượng nó, sau tách dầu dễ dàng để tái sử dụng mà dầu giữ nguyên tính chất ban đầu Một loại aerogel khác làm từ vỏ trấu nhà khoa học Malaysia nghiên cứu chế tạo thành công, gọi maerogel Chỉ lượng nhỏ maerogel chịu sức ép gấp 2.000 lần trọng lượng nó, cách âm, cách nhiệt cực tốt Một lớp maerogel từ tro trấu dày 12,5 mm có khả cách nhiệt tương đương 100 mm lớp cách nhiệt công nghiệp nay, thấm hút dầu chất ô nhiễm không khí Chế tạo Aerogel Được phát lần năm 1929, đến năm 1940, aerogel sản xuất chào bán thị trường Sự phát triển ngành công nghệ vật liệu vào cuối thập niên 70 giúp nhà khoa học hiểu rõ mô tả aerogel dạng vật liệu có cấu trúc nano Theo đó, công nghệ sản xuất aerogel bước cải tiến, an toàn ngày tiết kiệm chi phí Kỹ thuật sấy siêu tới hạn (supercritical drying) (1940 – 1980): phương pháp Kistler sử dụng để tạo aerogel, kỹ thuật loại bỏ chất lỏng theo quy trình kiểm soát chặt chẽ nhiệt độ áp suất Các dung môi gel ướt thay chất lỏng siêu tới Mô tả trình Sol -gel hạn, sau giảm áp suất để có gel khô Sức căng bề mặt chất lỏng siêu tới hạn gần số không, thay chất lỏng chất khí không xảy tượng mao dẫn nên cấu trúc rắn chất gel giữ nguyên Hạn chế quy trình sử dụng nhiệt độ áp suất cao nên nguy hiểm, chi phí sản xuất sử dụng phương pháp đắt đỏ khiến aerogel bị lãng quên thời gian Kỹ thuật Sol-gel: sử dụng sản xuất aerogel từ năm 1991, khắc phục nhược điểm kỹ thuật sấy siêu tới hạn, phương pháp sản xuất aerogel phổ biến “Sol” từ đầu “Solution”: hòa tan, từ “gel” viết tắt từ “Gelation”: hóa keo Sol-gel kỹ thuật tổng hợp hóa keo để tạo vật liệu mong muốn nhiệt độ thấp, hình thành sở phản ứng thủy phân phản ứng ngưng tụ Sử dụng phương pháp sol-gel, ta chế tạo hợp chất dạng khối, bột siêu mịn, màng mỏng sợi Hiện Việt Nam, kỹ thuật sol-gel sử dụng phổ biến nghiên cứu sản xuất vật liệu Aerogel - tiềm ứng dụng vô hạn Tuy tên gọi nghe lạ lẫm, thực chất aerogel sử dụng phổ biến đời sống Ngành xây dựng: với khả cách âm, cách nhiệt, chịu va đập siêu nhẹ khiến “khói đóng băng” trở thành loại vật liệu xây dựng lý tưởng cho công trình cao cấp Vật liệu aerogel Trước Cấu trúc Aerogel trước sau loại bỏ thành phần lỏng STinfo 27 March 2011 Sau �Suối Nguồn Tri Thức lớp lót làm khói đóng băng” Tuy nhiên, hạn chế aerogel ứng dụng vào trang phục khó sử dụng, nóng hiệu bảo vệ tốt, giá thành cao Để khắc phục, nhà sản xuất tìm cách cắt giảm nguyên liệu đầu vào cải tiến quy trình chế tạo Ngành công nghiệp lốp xe: aerogel áp dụng công nghệ làm lốp xe, đề nghị dùng làm lốp cho tàu thám hiểm Hỏa Theo chuyên gia dự đoán, lốp xe có bổ sung vật liệu aerogel dần thay cao su truyền thống tạo nên cách mạng lốp xe tương lai Căn nhà Mặt Trời viện kỹ thuật Georgia phủ lên tường nhà giúp giảm đáng kể nhu cầu sử dụng lò sưởi máy điều hòa nhiệt độ, giúp tòa nhà đạt hiệu sử dụng lượng cao Aerogel mở hướng cho ngành công nghiệp xây dựng, thay cho chất liệu tự nhiên kim loại, gỗ, đá… ngày cạn kiệt Căn nhà mặt trời Viện Kỹ thuật Georgia (một thiết kế đầy sáng tạo, giúp tiết kiệm lượng thân thiện với môi trường) ứng dụng aerogel lĩnh vực nhà Trong đó, aerogel sử dụng lớp cách nhiệt cho mái nhà bán suốt Ngành môi trường: khả hấp thu, dự trữ tái sử dụng dầu aerogel đặc biệt bật so với sản phẩm có chức tương tự sử dụng thị trường Aerogel dùng làm chất xúc tác hiệu để giảm lượng khí thải nitơ oxit từ khí thải ô tô, chất thân thiện với môi trường thay cho CFC có hại dùng tủ lạnh Ngành công nghiệp lượng: dùng aerogel carbon để sản xuất giấy composite không dệt làm từ sợi carbon, thích hợp làm điện cực tụ điện hay điện cực ion hóa Nhờ diện tích bề mặt cực cao, aerogel carbon dùng làm siêu tụ điện có điện dung lên đến hàng ngàn fara Ngoài aerogel thu lượng mặt trời hiệu Ngành dệt may - sản phẩm giữ ấm cực tốt: ngành may mặc khai thác đặc tính vật lý bật aerogel sản phẩm quần áo giày dép giữ ấm Năm 2009, công ty Burlington (Mỹ) chào bán sản phẩm áo khoác có lớp lót “khói đóng băng”, giá 550 USD/ Shock Doctor, chuyên bán đồ thể thao cho đời sản phẩm lót giày aerogel Jane Steingraeber – thợ săn câu cá bang Wisconsin (Mỹ) kể lại rằng, ông đứng băng tuyết ba ngày liền để câu cá, điều kỳ diệu đôi chân cảm thấy ấm áp “Đó giày có sử dụng Siêu tụ điện làm từ Aerogel STinfo 28 March 2011 Ngành công nghiệp vũ trụ: NASA sử dụng aerogel làm kính cửa sổ, vỏ bọc cho tàu thám hiểm Mars Pathfinder, Mars Exploration Rovers Stardust; chế tạo quần áo chống lạnh cho phi hành gia; làm vỏ bọc máy bay; sử dụng lưới bẫy bụi vũ trụ Ngành dụng cụ thể thao: Dunlop công ty chuyên sản xuất dụng cụ thể thao Mỹ nhanh chóng đưa vật liệu aerogel vào sử dụng Sản phẩm loại khung vợt siêu nhẹ, dẻo, dành cho người chơi có trình độ, kỹ thuật cao, phát huy khả chơi linh hoạt Không đẹp kiểu dáng, công nghệ aerogel cho vợt Dunlop độ cân mặt khung vợt cực ổn định Ngành hóa mỹ phẩm: thập niên 1940, silica aerogel lần đầu chào bán thị trường tập đoàn hóa chất Mỹ Monsanto, với tên thương phẩm santocel, sử dụng chất làm đặc cho sơn, mỹ phẩm, bom napal… Đến năm 1970, Monsanto ngưng sản xuất santocel áp lực Knowledge Stream� cạnh tranh giá thành từ loại vật liệu khác Tiềm thị trường Mẻ aerogel đời có giá khoảng 3.000 USD kg Giá thành cao cộng với quy trình sản xuất yêu cầu nhiệt độ áp suất cao nguy hiểm, khiến phạm vi ứng dụng aerogel bị thu hẹp dù vật liệu mang nhiều tính vượt trội khả ứng dụng đa dạng Aerogel dần bị lãng quên Từ năm 1997, thành công NASA thử nghiệm ứng dụng aerogel tàu thăm dò vũ trụ thu hút ý giới loại vật liệu Các kỹ thuật đời giúp cắt giảm đến 80% chi phí sản xuất so với trước đây, hạ giá thành aerogel thương phẩm đáng kể, khoảng 250 USD/kg, giúp aerogel loại vật liệu cao cấp có khả trở thành vật liệu phổ biến ứng dụng rộng rãi Aerogel nhắm vào ngành công nghiệp phát triển nhanh xây dựng, dệt may, nhiên liệu môi trường Năm 2008, thị trường toàn cầu aerogel trị giá 82,9 triệu USD, dự kiến đạt 646,3 triệu USD vào năm 2013, tỷ lệ tăng trưởng hàng năm dự báo lên đến 50,8% Doanh thu aerogel tăng trưởng thúc đẩy chủ yếu ứng dụng vật liệu cách nhiệt cách âm Phân khúc chiếm 70% tổng doanh thu aerogel Với công nghệ vật liệu nano bước phát triển cộng với kỹ thuật sản xuất với chi phí không Giáo sư Halimaton Hamdan với mẫu aerogel phòng thí nghiệm cô Đại học Công nghệ Malaysia Tăng trưởng aerogel từ năm 2006 - 2013 Đvt: triệu USD 700 600 500 400 300 200 100 2006 2007 2008 2013 Nguồn: BBC research 2009 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 tro 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 cân Anh, với hiệu STinfo 29 March 2011 suất cách nhiệt cao gấp 37 lần so với lớp sợi thủy tinh Song song đó, nhà nghiên cứu Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) phát triển loại bọt cách nhiệt aerogel làm từ tro đốt loại vỏ trấu phế thải thành công… Kết công trình nghiên cứu sử dụng vỏ trấu để sản xuất aerogel cách nhiệt, mặt hàng công 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.� ... khiến aerogel bị lãng quên thời gian Kỹ thuật Sol-gel: sử dụng sản xuất aerogel từ năm 1991, khắc phục nhược điểm kỹ thuật sấy siêu tới hạn, phương pháp sản xuất aerogel phổ biến “Sol” từ đầu... dầu giữ nguyên tính chất ban đầu Một loại aerogel khác làm từ vỏ trấu nhà khoa học Malaysia nghiên cứu chế tạo thành công, gọi maerogel Chỉ lượng nhỏ maerogel chịu sức ép gấp 2.000 lần trọng lượng... nhiệt cực tốt Một lớp maerogel từ tro trấu dày 12,5 mm có khả cách nhiệt tương đương 100 mm lớp cách nhiệt công nghiệp nay, thấm hút dầu chất ô nhiễm không khí Chế tạo Aerogel Được phát lần năm