TIỂU LUẬN CƠ SỞ VẬT LIỆU VÀ ĂN MÒN ĐỀ TÀI TÌM HIỂU VỀ VẬT LIỆU AEROGELS

TIỂU LUẬN CƠ SỞ VẬT LIỆU VÀ ĂN MÒN ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VỀ VẬT LIỆU AEROGELS GVHD: TS. Nguyễn Văn Dũng Lớp: A01 Nhóm: 01 Họ tên sinh viên: MSSV: Trần Minh Thư 1613479 Lưu Anh Khoa 1611610 Phan Anh Huy 1611314 Lê Bảo Đăng 1610689 Ngô Thị Kim Yến 1614239 Nguyễn Trọng Hùng 1611412 Chương Minh Hoàng 1611140 Vũ Trung Hiếu 1611066 Nguyễn Minh Thu 1613411 TP. Hồ Chí Minh, tháng 10/2018 2 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................................1 PHẦN NỘI DUNG.....................................................................................................................2 I. TỔNG QUAN VÀ LỊCH SỬ HÌNH THÀNH..................................................................2 I. ĐẶC ĐIỂM – PHÂN LOẠI:.............................................................................................3 II.1. Đặc điểm: .......................................................................................................................3 II.2. Phân loại:........................................................................................................................4 II. ĐIỀU CHẾ: .......................................................................................................................7 III.1. Tổng hợp Aerogel bằng quá trình Sol-Gel ...................................................................8 III.1.1. Quá trình Sol-Gel .................................................................................................8 III.1.2. Mặt hóa học của quá trình Sol-Gel......................................................................10 III.1.3. Tiền chất cho chế biến Sol-Gel ...........................................................................10 III.1.4. Cơ chế phản ứng..................................................................................................11 III.1.5. Bề mặt Ưa nước (Hydrophilic) và Kỵ nước (Hydrophobic):..............................13 III.2. Sấy Alcogel.................................................................................................................14 III.2.1. Sấy khô siêu tới hạn Aerogel. .............................................................................15 III.2.2. Sấy khô ở áp suất môi trường và sự thay đổi bề mặt hóa học.............................17 III.2.3. Sấy lạnh...............................................................................................................18 III. ỨNG DỤNG:.................................................................................................................19 IV.1. Aerogel như một Composite.......................................................................................21 IV.2. Aerogel như một cảm biến .........................................................................................22 IV.3. Aerogel là chất xúc tác ...............................................................................................23 IV.4. Được sử dụng như vật liệu có hằng số điện môi thấp: ...............................................24 IV.5. Aerogel như một chất hấp phụ....................................................................................24 IV.6. Vật liệu cách nhiệt: .....................................................................................................25 IV.7. Vật liệu cơ khí: ...........................................................................................................26 IV.8. Vật liệu chống thấm ướt: ............................................................................................26 3 IV.9. Siêu tụ điện:................................................................................................................26 IV.10. Ứng dụng trong ngành không gian vũ trụ:................................................................27 IV.11. Ứng dụng khác của Aerogel .....................................................................................28 IV. TIỀM NĂNG CHẾ TẠO AEROGEL Ở VIỆT NAM TRONG TƯƠNG LAI.............28 V. NHÀ CUNG CẤP:..........................................................................................................29 TỔNG KẾT ..............................................................................................................................31 TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................................32 1 LỜI MỞ ĐẦU Một trong những cuộc cách mạng làm thay đổi căn bản cuộc sống con người chúng ta là cuộc cách mạng về vật liệu mới. Chúng ta, luôn không ngừng tìm kiếm ra những vật liệu mới, tối ưu hơn, rẻ hơn, bền hơn…và cả nhẹ hơn nữa. Một trong những thành tựu đáng chú ý nhất trong cuộc cách mạng ấy là việc tìm ra vật liệu rắn nhẹ nhất từ trước tới nay: Aerogel.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HOÁ HỌC TIỂU LUẬN CƠ SỞ VẬT LIỆU VÀ ĂN MỊN ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VỀ VẬT LIỆU AEROGELS GVHD: TS Nguyễn Văn Dũng Lớp: A01 Nhóm: 01 Họ tên sinh viên: Trần Minh Thư Lưu Anh Khoa Phan Anh Huy Lê Bảo Đăng Ngơ Thị Kim Yến Nguyễn Trọng Hùng Chương Minh Hồng Vũ Trung Hiếu Nguyễn Minh Thu TP Hồ Chí Minh, tháng 10/2018 MSSV: 1613479 1611610 1611314 1610689 1614239 1611412 1611140 1611066 1613411 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU PHẦN NỘI DUNG I TỔNG QUAN VÀ LỊCH SỬ HÌNH THÀNH I ĐẶC ĐIỂM – PHÂN LOẠI: II.1 Đặc điểm: II.2 Phân loại: ĐIỀU CHẾ: II III.1 Tổng hợp Aerogel trình Sol-Gel III.1.1 Quá trình Sol-Gel III.1.2 Mặt hóa học q trình Sol-Gel 10 III.1.3 Tiền chất cho chế biến Sol-Gel 10 III.1.4 Cơ chế phản ứng 11 III.1.5 Bề mặt Ưa nước (Hydrophilic) Kỵ nước (Hydrophobic): 13 III.2 Sấy Alcogel 14 III.2.1 Sấy khô siêu tới hạn Aerogel 15 III.2.2 Sấy khô áp suất môi trường thay đổi bề mặt hóa học 17 III.2.3 Sấy lạnh 18 III ỨNG DỤNG: 19 IV.1 Aerogel Composite 21 IV.2 Aerogel cảm biến 22 IV.3 Aerogel chất xúc tác 23 IV.4 Được sử dụng vật liệu có số điện môi thấp: 24 IV.5 Aerogel chất hấp phụ 24 IV.6 Vật liệu cách nhiệt: 25 IV.7 Vật liệu khí: 26 IV.8 Vật liệu chống thấm ướt: 26 IV.9 Siêu tụ điện: 26 IV.10 Ứng dụng ngành không gian vũ trụ: 27 IV.11 Ứng dụng khác Aerogel 28 IV TIỀM NĂNG CHẾ TẠO AEROGEL Ở VIỆT NAM TRONG TƯƠNG LAI 28 V NHÀ CUNG CẤP: 29 TỔNG KẾT 31 TÀI LIỆU THAM KHẢO 32 LỜI MỞ ĐẦU Một cách mạng làm thay đổi sống người cách mạng vật liệu Chúng ta, ln khơng ngừng tìm kiếm vật liệu mới, tối ưu hơn, rẻ hơn, bền hơn…và nhẹ Một thành tựu đáng ý cách mạng việc tìm vật liệu rắn nhẹ từ trước tới nay: Aerogel PHẦN NỘI DUNG I TỔNG QUAN VÀ LỊCH SỬ HÌNH THÀNH Vật liệu Aerogel thuật ngữ sử dụng vật liệu siêu nhẹ xốp tổng hợp cách thay thành phần chất lỏng gel chất khí Kết làm cho gel có tỉ trọng thấp cách nhiệt Nó cịn có tên gọi sau: khói đóng băng, khơng khí rắn… Vào năm 1930, Samuel Stephens Kistler – giáo sư hoá học người Mỹ, lần điều chế silica aerogel cách hình thành ý tưởng thay pha lỏng loại khí điều kiện gel co ngót khơng đáng kể Ơng điều chế aerogel từ nhiều vật liệu khác nhau, bao gồm nhôm, oxit vonfram, oxit sắt, oxit thiếc, tartarate niken, cellulose, cellulose nitrat, gelatin, agar, albumen trứng cao su, Tuy nhiên phương pháp Kistler nguy hiểm cần tiêu tốn lượng lớn tiền bạc lẫn thời gian nên ơng khơng có đột phá lĩnh vực aerogel Mãi đến năm 1968, nhóm nhà nghiên cứu đứng đầu Giáo sư SJ Teichner Đại học Claude, Bernard, Lyon, Pháp tái phát aerogel Họ đơn giản hóa đáng kể quy trình cách thực trình chuyển đổi sol-gel dung mơi, sau loại bỏ điều kiện siêu tới hạn Hình Silica Aerogel Hình Cấu trúc nano loại aerogel Vật liệu xốp nói chung có tầm quan trọng to lớn ứng dụng khác hấp phụ, cảm ứng xúc tác, diện tích bề mặt cao, độ xốp, khả điều chỉnh khung mạng tính chất bề mặt chúng Trong số tất vật liệu xốp biết, aerogel đặc biệt quan tâm kích thước mao quản nhỏ, diện tích bề mặt riêng lớn khả truyền quang tốt Hơn nữa, số tất loại aerogel, silica aerogel trở nên phổ biến chúng có nhiều tính chất đặc biệt độ dẫn nhiệt thấp (~ 0,01 W/mK), độ xốp cao (~ 99%), độ truyền quang cao (99%) vùng khả kiến, diện tích bề mặt đặc biệt cao (1000 m /g), số điện môi thấp (~ 1.0–2.0), số khúc xạ thấp (~ 1.05) vận tốc âm truyền qua thấp (100 m /s) [1-4] Đầu dò xạ Cerenkov chế tạo silica aerogel phát minh vào năm 1974 Cantin cộng Kể từ đó, aerogel sử dụng xem xét để sử dụng thí nghiệm laser, cảm biến, cách nhiệt, quản lý chất thải, quang học dẫn hướng ánh sáng, thiết bị điện tử, tụ điện, thiết bị hình ảnh, chất xúc tác, thuốc trừ sâu Gần đây, số nhóm nghiên cứu giới bắt đầu làm việc lĩnh vực silica aerogel phục vụ cho ứng dụng khác Silica aerogel thu hút nhiều quan tâm khoa học lẫn cơng nghệ mật độ khối lượng thấp chúng (đến 95% thể tích chúng khơng khí), tính kỵ nước, hệ số dẫn nhiệt thấp, diện tích bề mặt cao có độ suốt quang học Aerogel tổng hợp từ tiền chất phân tử trình sol-gel Các kỹ thuật sấy đặc biệt địi hỏi phải áp dụng để thay chất lỏng mao quản khơng khí trì mạng tinh thể rắn Trong đó, sấy điều kiện siêu tới hạn phương pháp phổ biến nhất; nhiên có hạn chế định hiệu chi phí, tính liên tục quy trình độ an tồn nhiệt độ áp suất cao cần thiết để tiếp cận điểm tới hạn Do đó, phương pháp phát triển cho phép loại bỏ chất lỏng áp suất khí sau tiến hành biến đổi bề mặt hóa học bên gel, để lại mạng silica xốp chứa đầy khơng khí Tóm lại, cách xem xét tính chất đáng kinh ngạc aerogel, tiểu luận vào xem xét phương pháp tổng hợp silica aerogel q trình sol-gel, kỹ thuật sấy khơ ứng dụng phát triển công nghiệp nghiên cứu khoa học I ĐẶC ĐIỂM – PHÂN LOẠI: II.1 Đặc điểm: Với cấu trúc “khí lẫn rắn” vậy, Aerogel loại vật liệu nhẹ giới mà người biết đến Nó nhẹ đến mức, đặt bơng hoa Với thể tích inch khối (khoảng 16,3 ml) dát mỏng phủ lên tồn sân bóng đá Cùng với đặc tính này, có số điều thú vị Aerogel (loại silica): - Diện tích riêng, bề mặt riêng lớn: 100 - 1000 m2/g - Khối lượng riêng thấp: 0,01 g/cm3 - 0,5 g/cm3 - Hơn 90% thể tích khơng khí - Có khả cho khơng khí xun qua, chống cháy thấm dầu lẫn nước - Độ dẫn nhiệt thấp - Độ bền chịu nén cao, chịu tải trọng gấp 500 - 4000 lần khối lượng - Độ bền chịu kéo uốn thấp nên giòn dễ gãy, vỡ - Aerogel vừa làm dây dẫn điện vừa trở thành chất cách điện tốt từ trước tới pha trộn với số vật liệu khác - Những lỗ rỗng cấu trúc aerogel có đường kính dao động khoảng 1-100nm, thường nhỏ 20nm Với khả phi thường đó, Aerogel xứng đáng với tên “vật liệu tốt hành tinh” Với ngần tính ưu việt, Aerogel áp dụng nhiều lĩnh vực, cho phép người làm điều chưa làm với loại vật liệu trước II.2 Phân loại: Tùy thuộc vào loại vật liệu gốc sử dụng chế tạo, Aerogel có tính chất ưu việt khác Trong có loại Aerogel phổ biến là: Aerogel silica, Aerogel oxit, Aerogel carbon  Aerogel silica: siêu nhẹ, cách nhiệt tốt Hình 4: Cấu trúc nano Silica Aerogel Hình 3: Silica Aerogel Aerogel silica dạng tìm thấy sớm phổ biến nhất, cịn gọi “khói đóng băng” có màu xanh mờ - Aerogel silica chứa đến 90% khơng khí nên nặng khơng khí lần, nhẹ thủy tinh đến 1000 lần Do tạo thành từ Silica (SiO2) nên giịn dễ vỡ - Aerogel silica cách nhiệt tốt Hệ số dẫn nhiệt thuộc vào nhóm thấp vật liệu sử dụng xây dựng Tính cách nhiệt inch Aerogel silica tương đương với chồng gồm 30 kính cửa sổ nén lại với - Nó chất rắn có mật độ thấp nhất, 1mg/cm3(trong mật độ khơng khí 1,2mg/cm3)  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 VD: Aerogel oxit nhơm, titania, zirconia có màu xanh trắng; aerogel oxit sắt có màu đỏ màu vàng đục; aerogel oxit crom có màu xanh xanh dương mờ Ngồi cịn có màu màu tím oải hương, màu vàng sáng màu hồng phớt… - Aerogel oxit có khả chịu va đập mạnh Hình Aerogel Vanadi oxit  Aerogel carbon (Graphene aerogel) : diện tích bề mặt cực cao, dẫn điện tốt Hình 6: Carbon Aerogel Hình 7: Cấu trúc nano Carbon Aerogel - Aerogel carbon có màu đen đục - Aerogel carbon loại gel aerogel khí có độ xốp diện tích bề mặt lớn (400 – 1000 m2/g), vài cm3 trải rộng mặt nước với diện tích gần sân bóng - Graphene aerogel loại vật liệu siêu nhẹ, nhẹ gấp 7,5 lần so với khơng khí, 1m graphene aerogel nặng chưa đầy 160g - Ngoài aerogel carbon có khả dẫn điện tốt, khả dẫn điện đặc biệt: thay đổi tùy theo mật độ Khi giảm mật độ, cho khả dẫn điện ngược lại Do nhà sản xuất tăng giảm mật độ để tối ưu hóa tính dẫn điện diện tích bề mặt theo yêu cần sử dụng - Khả hấp phụ tốt, gam aerogel hấp phụ 68,8g dung mơi hũu giây Phù hợp để thu gom dầu bị tràn - Gần đây, nhà nghiên cứu thuộc Trung tâm Công nghệ Nano trường Đại học Center Florida – Mỹ, chế tạo loại aerogel carbon có độ cứng đáng ngạc nhiên với diện tích bề mặt lớn chưa có từ ống nano carbon đa vách  Các dạng Aerogel khác: - Aerogel hữu cơ: + Phổ biến Resorcinol-Formaldehyde (RF) aerogels + Bền aerogel vô (Silica aerogel) + Ở nhiệt độ cao, RF biến thành Graphene Aerogel Hình 8: RF – Aerogel Hình 9: Ở nhiệt độ cao, RF biến thành Graphene Aerogel - Cellulose Aerogels: mờ đục Khối lượng riêng khoảng 5-60 kg/m3 Có cấu trúc sợi siêu nhỏ Hình 10: Cấu trúc nano Cellulose Aerogel - Để đáp ứng yêu cầu ứng dụng ngày cao, công nghệ chế tạo aerogel nghiên cứu phát triển mạnh mẽ giới, nhiều vật liệu bổ sung trình chế tạo để tạo Aerogels cải tiến có nhiều tính ưu việt hơn: + Các nhà khoa học Mỹ chế tạo loại aerogel từ đất sét, có bổ sung thêm số loại polymer để tạo loại aerogel 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 gọi Maerogel nhà khoa học Malaysia nghiên cứu chế tạo thành công Chỉ lượng nhỏ Maerogel chịu sức ép gấp 2000 lần trọng lượng nó, cách âm, cách nhiệt cực tốt Một lớp Maerogel dày 12,5mm có khả cách nhiệt tương đương 100mm lớp cách nhiệt cơng nghiệp nay, ngồi cịn hút dầu chất ô nhiễm không khí + 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 II ĐIỀU CHẾ: Quy trình điều chế Silica Aerogel: Hình 11 Quy trình điều chế Silica Aerogel Hình 23: Ảnh chụp silica–titania aerogels ( từ 5% khối lượng (bên trái) 10% khối lượng (4 mẫu bên phải), 2% khối lượng (phía trước)) IV.2 Aerogel cảm biến Aerogel có độ xốp tổng thể cao, khả tiếp cận mao quản tốt (good pore accessibility) vị trí hoạt động bề mặt cao Do đó, chúng ứng cử viên tiềm để sử dụng làm cảm biến Một nghiên cứu Wang cộng [46] màng mỏng hạt nano silica cho thấy điện trở chúng giảm rõ rệt với tăng độ ẩm Chúng nhạy cảm với 40% RH lớn hơn, hoạt động với độ trễ 3,3%, cấu trúc mao quản chúng Trái lại, Xerogels vật liệu cho thấy độ nhạy thấp Các aerogel thay đổi bề mặt (surface modified aerogels) bị ảnh hưởng độ ẩm so với aerogel ưa nước sử dụng chất chống ăn mịn, tác nhân kỵ nước, Hình 24 [47] 22 Hình 24: Ảnh hưởng độ ẩm aerogel với bề mặt điều chỉnh chưa điều chỉnh Wub Chen-yang nghiên cứu aerogel cho ứng dụng cảm biến sinh học Trong nghiên cứu này, mesoporous aerogel – tạm dịch Aerogel có mao quản trung bình (theo IUPAC, vật liệu mesoporous loại vật liệu có chứa mao quản có đường kính từ đến 50nm) chuẩn bị nhiệt độ phòng cách trùng hợp sol-gel với chất lỏng ion sử dụng dung môi tác nhân tạo mao quản Các aerogel điều chế đặc trưng công cụ, phương pháp khác thấy chúng có độ xốp cao diện tích bề mặt mạng nội lớn Các aerogel đặt vào kính nhận thành cơng gen ngắn - ATP5O người đầu dò oligonucleotide cố định bề mặt aerogel, Hình 25 Khả “bắt giữ” cao cấu trúc xốp chứng minh cách so sánh với bề mặt phẳng nồng độ mục tiêu cao Các kết cho thấy aerogel hoạt động chất nhận dạng cho axit nucleotide Hình 25: Thử nghiệm nhận dạng phân tử không đặc hiệu bảng biochips aerogel Gen người PSMA5 (432 b) đóng vai trị mục tiêu thử nghiệm đầu dò 10 lMATP5Oc cố định bề mặt aerogel IV.3 Aerogel chất xúc tác Diện tích bề mặt cao aerogel đem đến nhiều ứng dụng, chẳng hạn chất hấp thụ hóa chất để làm cố tràn Tính mang lại cho tiềm lớn chất xúc tác chất mang xúc tác Aerogel hỗ trợ chất xúc tác dị thể, chất phản ứng pha khí pha lỏng Chúng đặc trưng diện tích bề mặt cao 23 đơn vị khối lượng, độ xốp cao làm cho chúng lựa chọn hấp dẫn cho lĩnh vực xúc tác Một số phản ứng xúc tác aerogel liệt kê Một số ví dụ aerogel xúc tác (1) Tổng hợp nitrile từ hydrocarbon nitric oxide (NO) [53] (2) Isobutene chuyển đổi thành methacrylonitrile cách phản ứng với NO aerogel oxit kẽm [54] (3) Tổng hợp methanol từ CO sử dụng aerogel zirconia đồng [55] IV.4 Được sử dụng vật liệu có số điện môi thấp: Các màng mỏng chế tạo từ aerogel SiO2 nhận quan tâm đáng kể ứng dụng IC tính chất độc đáo chúng số điện môi cực thấp, độ xốp cao độ ổn định nhiệt cao Park cộng khảo sát màng mỏng silica aerogel cho chất điện môi xen kẽ, số điện môi đo khoảng 1,9 [48-52] Các màng aerogel SiO2 có độ dày 9500 angstrong, độ xốp cao 79,5% số điện môi thấp 2,0 thu quy trình sấy áp suất môi trường xung quanh với việc sử dụng n-heptan làm dung môi sấy IV.5 Aerogel chất hấp phụ Tổng hợp aerogel linh hoạt siêu kỵ nước sử dụng chúng hấp thụ dung môi hữu dầu nghiên cứu A Venkateshwara Rao cộng [44,45] Họ nghiên cứu khả hấp phụ giải hấp silica aerogel siêu kỵ nước sử dụng 11 dung môi loại dầu Hình cho thấy giai đoạn khác hấp phụ giải hấp chất lỏng hữu từ aerogel a) Trước hấp phụ b) Ngay sau hấp phụ, 𝑡 = phút 24 c) Ở 𝑡 = 30 min d) Sau giải hấp, t = 40 Hình 26: Hình ảnh cho thấy giai đoạn khác hấp phụ giải hấp chất lỏng hữu từ aerogel Khối lượng (m) chất lỏng dâng lên mao quản (lỗ khí) đưa theo cơng thức sau: 2 r cos  mg (8) Đối với chất lỏng với bề mặt hồn tồn ướt, góc tiếp xúc  bề mặt vậy: 2 r  mg (9) Hoặc   km (10) Hoặc   kV  (11) Hoặc   kV  (12) Với r bán kính mao quản aerogel, V thể tích chất lỏng hấp phụ,  khối lượng riêng chất lỏng k  g / 2 r số mẫu aerogel cho Do đó, theo biểu thức (10), khối lượng chất lỏng hấp phụ tăng tuyến tính với gia tăng sức căng bề mặt chất lỏng Các loại aerogel MTMS siêu thấm nước đàn hồi chứng minh chất hấp phụ hiệu loại dầu chất lỏng hữu IV.6 Vật liệu cách nhiệt: Những cấu trúc bọc chất liệu Aerogel chống lại ba tượng truyền nhiệt: đối lưu, dẫn nhiệt xạ Vì ứng dụng điển hình aerogel là: _ Cách nhiệt cho cho nhà ở, kho xưởng: trời nắng bên nhà mát trời lạnh bên nhà ấm, nhờ tiết kiệm chi phí điện cho việc điều hịa nhiệt độ 25 _ Cách nhiệt cho nồi cơng nghiệp, bình chưa khí hóa lỏng, tủ lạnh: giúp tránh thất nhiệt, qua làm giảm chi phí lượng IV.7 Vật liệu khí: Khi tạo liên kết ngang nguyên tử silic nhóm phân tử hữu ta X-Aerogels, có độ bền kéo uốn cao khối lượng riêng cao aerogel bình thường X-Aerogels ứng dụng để thay nhựa trường hợp cần khối lượng riêng thấp Hình 27 Bản chất liên kết IV.8 Vật liệu chống thấm ướt: Với silica aerogel, ta thay nhóm Si-OH nhóm -Si(CH3)3 ta có loại vật liệu chống thấm ướt hợp chất phân cực tốt nhóm –CH3 nhóm khơng phân cực Hình 28 Giọt nước vật liệu aerogel chống dính ướt (trên) bột aerogel tự động tụ lại thành khối cầu rải mặt nước (dưới) IV.9 Siêu tụ điện: Do có khả dẫn điện diện tích bề mặt riêng lớn, ứng dụng tiềm carbon aerogel sản xuất siêu tụ điện 26 Trong siêu tụ điện, carbon aerogel phủ lên bề mặt chất điện môi tạo thành điện cực Như biết, điện dung tụ điện lớn phần diện tích đối diện điện cực nhiều, diện tích bề mặt lớn carbon aerogel, tụ điện có điện dung lớn đến 104 F/gam Hình 29: Cấu tạo siêu tụ điện IV.10 Ứng dụng ngành không gian vũ trụ: Tính linh hoạt aerogel làm cho chúng trở nên quan trọng trái đất lẫn ngồi khơng gian Trong dự án Stardust, tàu tên gắn aerogel silica dày, bay không gian, va chạm giữ lại hạt bụi vũ trụ bên để đem mặt đất phân tích Người ta không dùng vật liệu cứng kim loại với tốc độ va chạm cao, hạt bụi bị dừng lại đột ngột, nóng lên bốc hơi, cịn với aerogel, giảm vận tốc từ từ bị giữ lại bên cấu trúc Ngoài ra, NASA sử dụng Aerogel để làm kính cửa sổ, vỏ bọc cho tàu thám hiểm Mars Pathfinder, Mars Exploration Rovers; chế tạo quần áo cách nhiệt cho phi hình gia; làm vỏ máy bay 27 Hình 30 Tàu vũ trụ Stardust với aerogels phóng to IV.11 Ứng dụng khác Aerogel Aerogel sử dụng nhà, tủ lạnh, cửa sổ, cửa sổ tầng nhà, quần áo trang phục, chăn, khơng gian Nasa dùng làm kính chống bụi nhiệt IV TIỀM NĂNG CHẾ TẠO AEROGEL Ở VIỆT NAM TRONG TƯƠNG LAI Aerogel loại siêu vật liệu Loại vật liệu hứa hẹn tảng văn minh mới, thay đổi đời sống người tương lai Nhưng nay, việc sản xuất Aerogel tốn giá thành cao Điều cản trở loại “siêu vật liệu” thể vai trò to lớn sống người Việt Nam quốc gia giai đoạn phát triển, việc nhận vốn đầu tư nguồn lực để phát triển chế tạo Aerogel chưa trọng Chưa kể đến việc giá thành để sản xuất Aerogel không nhỏ, việc đầu tư vào thiết bị công nghệ sản xuất loại “siêu vật liệu” hạn chế Tuy nhiên Việt Nam lại có tiềm sản xuất Aerogel tương lai sở hữu lượng lớn mỏ khoáng sản để chế tạo loại vật liệu nhẹ giới  Sản lượng lớn mỏ khoáng sản kim loại để sản xuất “ Metal Oxide Aerogel ” : - Quặng Niken: Trữ lượng quặng niken nước ta khoảng 4,5 triệu tập trung chủ yếu mỏ niken Bản Phúc (tỉnh Sơn La) - Quặng Bauxit ( Quặng Nhơm ): Nước ta có trữ lượng bauxit lớn, chất lượng, phân bố tập trung, khai thác vơ thuận lợi 28 + Bauxit có loại chủ yếu diaspor gibsit + Diaspor có nguồn gốc trầm tích phân bố Hà Giang, Cao Bằng, Lạng Sơn, Hải Dương Nghệ An với tài nguyên trữ lượng không lớn đạt gần 200 triệu + Gibsit có nguồn gốc phong hố từ đá bazan, phân bố chủ yếu Tây Nguyên với trữ lượng đạt gần 2,1 tỷ Quặng Sắt: + Quặng sắt phát nhiều nơi như: Hà Tĩnh, Yên Bái, Thái Nguyên, Cao Bằng Đáng ý đồng ven biển Thạch Khê (Hà Tĩnh) có trữ lượng lên tới 550 triệu + Số lượng quặng sắt khai thác chế biến nước ta đạt từ 300.000 – 450.000 hàng năm  Nguyên liệu silicat để sản xuất “ Silicat Aerogel ”: Mỏ cát thủy tinh dồi dào: dọc duyên hải miền Trung (khoảng 1,1 tỉ tấn), tập trung nhiều tỉnh Quảng Trị, Quảng Ngãi, Tuy Hồ, Nha Trang, Ninh Thuận, Bình Thuận Có mỏ chất lượng tốt dùng để sản xuất pha lê (Vân Đồn-Quảng Ninh Cam Ranh-Khánh Hồ) Mỏ đá vơi sản lượng lớn: Rất phong phú Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ Ngồi có Quảng Nam Kiên Giang  Việt Nam nước phát triển thu hút vốn đầu tư nước ngoài: Với nguồn nhân lực dồi dào, rẻ có trình độ chuyên môn Việt Nam thị trường thu hút lớn vốn đầu tư tập đoàn quốc gia lớn Với tình hình phát triễn này, tương lai Việt Nam nước phát triển đầu tư vốn công nghệ vào việc sản xuất phát triển loại siêu vật liệu Aegerol từ tiềm khoáng sản mà đất nước có V NHÀ CUNG CẤP: - Hạt aerogels + Công ty Cabot (Frankfurt)  Vật liệu: water glass  Hình dạng: đa diện 0.5-4mm  Tính chất: suốt, siêu kỵ nước, khơ điều kiện thường  Giá: 2000€/cbm 29 + Công ty Dow Corning  Vật liệu: thạch anh nguyên chất (pure quartz)  Tính chất: siêu kỵ nước  Ứng dụng lĩnh vực hàng không vũ trụ - Gạch aerogels:  Công ty Airglass (Schweden)  Vật liệu: Silica (tiền chất TMOS: methanol)  Tính chất: ưa nước  Giá: gạch 10x10x1 inch ~ 500€ - Giấy aerogels:  Công ty: Marketech (USA)  Vật liệu: Silica (TEOS: methanol), carbon aerogel  Tính chất: ưa nước  Hình dáng: nhỏ dạng mảnh  Giá: 100g~880 US$ 30 PHẦN TỔNG KẾT Với đặc tính vượt trội, Aerogels ứng dụng nhiều lĩnh vực sống, 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 Tuy nhiên, 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 31 TÀI LIỆU THAM KHẢO L W Hrubesh, “Aerogels: the world's lightest solids,” Chemistry and Industry, no 24, pp 824–827, 1990 View at Google Scholar · View at Scopus G C Bond and S Flamerz, “Structure and reactivity of titania-supported oxides Part 3: reaction of isopropanol over vanadia-titania catalysts,” Applied Catalysis, vol 33, no 1, pp 219–230, 1987 View at Google Scholar · View at Scopus J Fricke and A Emmerling, “Aerogels, preparation, properties, applications,” in Structure and Bonding 77: Chemistry, Spectroscopy and Applications of Sol-Gel Glasses, pp 37–87, Springer, Berlin, Germany, 1992 View at Google Scholar C A M Mulder and J G Van Lierop, “Preparation, densification and characterization of autoclave dried SiO2 gels,” in Aerogels, J Fricke, Ed., pp 68–75, Springer, Berlin, Germany, 1986 View at Google Scholar Y Xu, G Huang, and Y He, “Sol-gel preparation of Ba6−3xSm8+2xTi18O54 microwave dielectric ceramics,” Ceramics International, vol 31, no 1, pp 21–25, 2005 View at Publisher · View at Google Scholar · View at Scopus S Tursiloadi, H Imai, and H Hirashima, “Preparation and characterization of mesoporous titania-alumina ceramic by modified sol-gel method,” Journal of NonCrystalline Solids, vol 350, pp 271–276, 2004 View at Publisher · View at Google Scholar · View at Scopus R Jain, V Gupta, A Mansingh, and K Sreenivas, “Ferroelectric and piezoelectric properties of non-stoichiometric Sr1−xBi2+2x/3Ta2O9 ceramics prepared from sol-gel derived powders,” Materials Science and Engineering B, vol 112, no 1, pp 54–58, 2004 View at Publisher · View at Google Scholar · View at Scopus K Li, J.-H Li, and H L W Chan, “Fabrication of Sm- and Mn-doped lead titanate ceramic powder and ceramics by sol-gel methods,” Materials Chemistry and Physics, vol 86, no 1, pp 83–87, 2004 View at Publisher · View at Google Scholar · View at Scopus P Escribano, M Marchal, M Luisa Sanjuán, P Alonso-Gutiérrez, B Julián, and E Cordoncillo, “Low-temperature synthesis of SrAl2O4 by a modified sol-gel route: XRD and Raman characterization,” Journal of Solid State Chemistry, vol 178, no 6, pp 1978–1987, 2005 View at Publisher · View at Google Scholar · View at Scopus 10 P A S Jorge, P Caldas, C C Rosa, A G Oliva, and J L Santos, “Optical fiber probes for fluorescence based oxygen sensing,” Sensors and Actuators B, vol 103, no 1-2, pp 290–299, 2004 View at Publisher · View at Google Scholar · View at Scopus 32 11 H Matsuda, N Kobayashi, T Kobayashi, K Miyazawa, and M Kuwabara, “Roomtemperature synthesis of crystalline barium titanate thin films by high-concentration solgel method,” Journal of Non-Crystalline Solids, vol 271, no 1, pp 162–166, 2000 View at Publisher · View at Google Scholar · View at Scopus 12 D Torikai, C K Suzuki, H Shimizu et al., “Comparison of high-purity H2/O2 and LPG/O2 flame-fused silica glasses from sol-gel silica powder,” Journal of NonCrystalline Solids, vol 179, pp 328–334, 1994 View at Google Scholar · View at Scopus 13 H C Hamker, “A general theory of lyophobic colloids I,” Journal of Royal Netherlands Chemical Society, vol 55, p 1015, 1936 View at Google Scholar 14 J Lyklema, S Levine, A L Smith et al., “General discussion,” Discussions of the Faraday Society, vol 52, pp 312–323, 1971 View at Publisher · View at Google Scholar · View at Scopus 15 F Schuth, K S W Sing, and J Weitkamp, Handbook of Porous Solids, vol 3, WileyVCH, Weinheim, Germany, 2002 16 P J Flory, Principal of Polymer Chemistry, chapter 4, Cornell University Press, Ithaca, NY, USA, 1953 17 C J Brinker, “Hydrolysis and condensation of silicates: effects on structure,” Journal of Non-Crystalline Solids, vol 100, no 1–3, pp 31–50, 1988 View at Google Scholar · View at Scopus 18 E Tkalcec, R Nass, J Schmauch et al., “Crystallization kinetics of mullite from singlephase gel determined by isothermal differential scanning calorimetry,” Journal of NonCrystalline Solids, vol 223, no 1-2, pp 57–72, 1998 View at Google Scholar · View at Scopus 19 C Pierre and G M Pajonk, “Chemistry of aerogels and their applications,” Chemical Reviews, vol 102, no 11, pp 4243–4266, 2002 View at Publisher · View at Google Scholar · View at Scopus 20 J Livage, Ph Barboux, E Tronic, and J P Jolivet, Science of Ceramic Processing, H Hench and D Ulrich, Eds., Wiely, New York, NY, USA, 1986 21 W C LaCourse and S Kim, “Sol-gel processes for fibers and films of multicomponent materials,” Science of Ceramic Processing, vol 8, no 9-10, pp 1128–1134, 1987 View at Google Scholar 22 D C Bradley, R C Mehrotra, and D P Gaur, Metal Alkoxides, Academic Press, New York, NY, USA, 1978 33 23 H Schmidt, “Chemistry of material preparation by sol-gel process,” Journal of NonCrystalline Solids, vol 100, pp 51–64, 1988 View at Google Scholar 24 F D Ovcharenako, Y I Tarasevich et al., Kolloidnyj Zhurnal, vol 34, p 412, 1972 25 C J Brinker and G W Scherer, Sol-Gel Science: The Physics and Chemistry of SolGel Processing, Academic Press, San Diego, Calif, USA, 1990 26 J L Gurav, D Y Nadargi, and A V Rao, “Effect of mixed Catalysts system on TEOSbased silica aerogels dried at ambient pressure,” Applied Surface Science, vol 255, no 5, pp 3019–3027, 2008 View at Publisher · View at Google Scholar · View at Scopus 27 E M Flanigen and R W Grose, Siliceous Adsorbent Materials And Process For Preparing Same, U.S Patent no 3, 494, 874, 1970 28 K J Murata and W G Schlecht, The significance of internal structure in gelatinizing silicate minerals, U.S Geological Survey Bulletin, vol 950, no 25–33, pp 35–82, 1946 29 M G Vorankov, V P Mileshkevich, and Y A Yuzhelevski, The Siloxane Bond, Consultant Bureau, New York, NY, USA, 1978 30 W Z Ostwald, “Studies on formation and transformation of solid materials,” Physical Chemistry, vol 22, pp 289–330, 1897 View at Google Scholar 31 S S Kistler, “Coherent expanded aerogels,” Journal of Physical Chemistry, vol 36, no 1, pp 52–64, 1932 View at Google Scholar · View at Scopus 32 G A Nicolaon and S J Teichner, “New preparation process for silica xerogels and aerogels, and their textural properties,” Bulletin de la Société Chimique de France, vol 5, pp 1900–1906, 1968 View at Google Scholar 33 P H Tewari, A J Hunt, and K D Lofftus, “Ambient-temperature supercritical drying of transparent silica aerogels,” Materials Letters, vol 3, no 9-10, pp 363–367, 1985 View at Google Scholar · View at Scopus 34 D M Smith, G W Scherer, and J M Anderson, “Shrinkage during drying of silica gel,” Journal of Non-Crystalline Solids, vol 188, no 3, pp 191–206, 1995 View at Google Scholar · View at Scopus 35 C J Brinker and W Scherer, “Sol-gel sciences,” in The Processing and the Chemistry of Sol-Gel Processing, Academic Press, San Diego, Calif, USA, 1990 View at Google Scholar 36 B Mathieu, S Blacher, R Pirard, J P Pirard, B Sahouli, and F Brouers, “Freeze-dried resorcinol-formaldehyde gels,” Journal of Non-Crystalline Solids, vol 212, no 2-3, pp 250–261, 1997 View at Google Scholar · View at Scopus 37 D Klvana, J Chaouki, M Repellin-Lacroix, and G M Pajonk, “A new method of preparation of aerogel-like materials using a freeze-drying process,” Le Journal de 34 Physique Colloques, vol 50, no C4, pp C4-29–C4-32, 1989 View at Publisher · View at Google Scholar 38 G M Pajonk, “Drying methods preserving the textural properties of gels,” Le Journal de Physique Colloques, vol 50, no C4, pp C4-13–C4-22, 1989 View at Google Scholar 39 LL Casas, A Roig, E Rodríguez, E Molins, J Tejada, and J Sort, “Silica aerogel-iron oxide nanocomposites: structural and magnetic properties,” Journal of Non-Crystalline Solids, vol 285, no 1–3, pp 37–43, 2001 View at Publisher · View at Google Scholar · View at Scopus 40 LL Casas, A Roig, E Molins, J M Grenèche, J Asenjo, and J Tejada, “Iron oxide nanoparticles hosted in silica aerogels,” Applied Physics A, vol 74, no 5, pp 591–597, 2002 View at Publisher · View at Google Scholar · View at Scopus 41 P Shajesh, S Smitha, P R Aravind, and K G.K Warrier, “Effect of 3glycidoxypropyltrimethoxysilane precursor on the properties of ambient pressure dried silica aerogels,” Journal of Sol-Gel Science and Technology, vol 50, no 3, pp 353– 358, 2009 View at Publisher · View at Google Scholar · View at Scopus 42 K E Parmenter and F Milstein, “Mechanical properties of silica aerogels,” Journal of Non-Crystalline Solids, vol 223, no 3, pp 179–189, 1998 View at Google Scholar · View at Scopus 43 M Moner-Girona, E Martínez, J Esteve, A Roig, R Solanas, and E Molins, “Micromechanical properties of carbon-silica aerogel composites,” Applied Physics A, vol 74, no 1, pp 119–122, 2002 View at Publisher · View at Google Scholar · View at Scopus 44 Venkateswara Rao, N D Hegde, and H Hirashima, “Absorption and desorption of organic liquids in elastic superhydrophobic silica aerogels,” Journal of Colloid and Interface Science, vol 305, no 1, pp 124–132, 2007 View at Publisher · View at Google Scholar · View at Scopus 45 Venkateswara Rao, S D Bhagat, H Hirashima, and G M Pajonk, “Synthesis of flexible silica aerogels using methyltrimethoxysilane (MTMS) precursor,” Journal of Colloid and Interface Science, vol 300, no 1, pp 279–285, 2006 View at Publisher · View at Google Scholar · View at Scopus 46 C.-T Wang, C.-L Wu, I.-C Chen, and Y.-H Huang, “Humidity sensors based on silica nanoparticle aerogel thin films,” Sensors and Actuators B, vol 107, no 1, pp 402–410, 2005 View at Publisher · View at Google Scholar · View at Scopus 35 47 J L Gurav, A Venkateswara Rao, and D Y Nadargi, “Study of thermal conductivity and effect of humidity on HMDZ modified TEOS based aerogel dried at ambient pressure,” Journal of Sol-Gel Science and Technology, vol 50, no 3, pp 275–280, 2009 View at Publisher · View at Google Scholar · View at Scopus 48 Y K Li, D.-K Yang, Y.-C Chen, H.-J Su, J.-C Wu, and Y W Chen-Yang, “A novel three-dimensional aerogel biochip for molecular recognition of nucleotide acids,” Acta Biomaterialia, vol 6, no 4, pp 1462–1470, 2010 View at Publisher · View at Google Scholar 49 G S Kim, S H Hyun, and H H Park, “Synthesis of low-dielectric silica aerogel films by ambient drying,” Journal of the American Ceramic Society, vol 84, no 2, pp 453– 455, 2001 View at Google Scholar · View at Scopus 50 S.-B Jung, S.-W Park, J.-K Yang, H.-H Park, and H Kim, “Application of SiO2 aerogel film for interlayer dielectric on GaAs with a barrier of Si3N4,” Thin Solid Films, vol 447-448, pp 580–585, 2004 View at Publisher · View at Google Scholar · View at Scopus 51 S.-W Park, S.-B Jung, M.-G Kang, H.-H Park, and H.-C Kim, “Modification of GaAs and copper surface by the formation of SiO2 aerogel film as an interlayer dielectric,” Applied Surface Science, vol 216, no 1–4, pp 98–105, 2003 View at Publisher · View at Google Scholar · View at Scopus 52 G S Kim, S H Hyun, and H H Park, “Synthesis of low-dielectric silica aerogel films by ambient drying,” Journal of the American Ceramic Society, vol 84, no 2, pp 453– 455, 2001 View at Google Scholar · View at Scopus 53 J L Rousset, A Boukenter, B Champagnon et al., “Granular structure and fractal domains of silica aerogels,” Journal of Physics: Condensed Matter, vol 2, no 42, pp 8445–8455, 1990 View at Publisher · View at Google Scholar · View at Scopus 54 G M Pajonk and T Manzalji, “Synthesis of acrylonitrile from propylene and nitric oxide mixtures on PbO2-ZrO2 aerogel catalysts,” Catalysis Letters, vol 21, no 3-4, pp 361–369, 1993 View at Publisher · View at Google Scholar · View at Scopus 55 Sayari, A Ghorbel, G M Pajonk, and S J Teichner, “Kinetics of the catalytic transformation of isobutene into methacrylonitrile with NO on supported nickel oxide aerogel,” Reaction Kinetics and Catalysis Letters, vol 15, no 4, pp 459–465, 1981 View at Publisher · View at Google Scholar · View at Scopus 36 ... thay đổi sống người cách mạng vật liệu Chúng ta, ln khơng ngừng tìm kiếm vật liệu mới, tối ưu hơn, rẻ hơn, bền hơn? ?và nhẹ Một thành tựu đáng ý cách mạng việc tìm vật liệu rắn nhẹ từ trước tới nay:... Được sử dụng vật liệu có số điện mơi thấp: 24 IV.5 Aerogel chất hấp phụ 24 IV.6 Vật liệu cách nhiệt: 25 IV.7 Vật liệu khí: 26 IV.8 Vật liệu chống thấm... Aerogel loại siêu vật liệu Loại vật liệu hứa hẹn tảng văn minh mới, thay đổi đời sống người tương lai Nhưng nay, việc sản xuất Aerogel tốn giá thành cao Điều cản trở loại “siêu vật liệu? ?? thể vai