Aerogel personalizado da China para paredes, materiais de aerogel de sílica reforçados com materiais inorgânicos
Materiais inorgânicos, como alumina e grafeno, podem melhorar significativamente a resistência mecânica e a resistência a altas temperaturas dos aerogéis de sílica por meio de interações interfaciais e mecanismos de supressão de transições de fase. A incorporação desses componentes inorgânicos amplia o leque de aplicações potenciais dos aerogéis de SiO₂, particularmente em sistemas de isolamento térmico para altas temperaturas.
- Aerogéis de sílica reforçados com alumina
A alumina (Al₂O₃) é amplamente considerada uma excelente matéria-prima para aplicações em altas temperaturas devido ao seu elevado ponto de fusão e excepcional estabilidade química. Ao introduzir óxidos metálicos na estrutura da sílica por meio de métodos como alcóxidos metálicos, sóis metálicos ou sais metálicos, a alumina pode se integrar à rede de SiO₂ ou substituir parcialmente os grupos hidroxila originais. Esse processo permite a formação de ligações químicas mais estáveis com o silício, suprimindo, assim, a transformação de fase da sílica pura em temperaturas elevadas e melhorando a estabilidade térmica dos aerogéis de sílica.
Devido à excelente resistência a altas temperaturas da alumina, o comportamento de sinterização dos aerogéis de sílica em condições de alta temperatura pode ser efetivamente suprimido. Como resultado, a temperatura de serviço dos aerogéis compósitos aumenta significativamente, mantendo-se a baixa condutividade térmica em temperaturas elevadas. No entanto, os aerogéis de sílica reforçados com alumina geralmente apresentam resistência à compressão relativamente baixa, e suas propriedades mecânicas globais ainda necessitam de melhorias.
- Aerogéis de sílica reforçados com carbono
Os nanomateriais de carbono, como o grafeno e os nanotubos de carbono (CNTs), possuem áreas de superfície específicas extremamente elevadas e excelente rigidez. Quando incorporados em aerogéis de sílica, esses nanomateriais de carbono podem suprimir a transferência de calor por radiação, reduzindo assim a condutividade térmica geral e, simultaneamente, melhorando a resistência mecânica da estrutura do aerogel.
Durante o processo de reticulação entre redes de sílica e nanomateriais de carbono, a alta resistência intrínseca do grafeno e dos nanotubos de carbono pode restringir eficazmente o movimento da estrutura do aerogel sob tensão externa. Esse reforço estrutural permite que o aerogel apresente excelente desempenho de isolamento térmico e maior resistência à compressão. No entanto, a produção em larga escala de grafeno e nanotubos de carbono ainda é limitada, e seus custos de fabricação relativamente altos restringem atualmente sua aplicação industrial generalizada.
- Aerogéis de sílica reforçados sem óxido
Materiais não óxidos, como partículas de nitreto de boro (BN), exibem excelentes propriedades mecânicas e estabilidade estrutural. Quando essas partículas são dispersas uniformemente na matriz de aerogel de sílica, elas podem impedir eficazmente o movimento de deslocamentos, evitando assim o colapso da estrutura porosa.
De modo geral, os aerogéis de sílica reforçados com materiais inorgânicos suprimem o crescimento de poros e a sinterização entre as partículas de aerogel em altas temperaturas por meio de mecanismos de inibição da transição de fase. Isso permite que os aerogéis compósitos operem em condições de alta temperatura, superiores a 800 °C. Além disso, a introdução de componentes inorgânicos otimiza parcialmente a estrutura do aerogel e contribui para o aumento da resistência à compressão e da estabilidade estrutural.
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