エアロジェルと発泡体の違いについて

はじめに

エアロジェルと発泡体は、どちらも多孔質の軽量材料だが、その特性は大きく異なる。エアロゲルは、二酸化ケイ素のゲルを、収縮や崩壊を起こさずに液体成分を除去するように乾燥させたものである。発泡体は、液体や固体に囲まれた気体の気泡を持つ。エアロゲルが断熱材や防音材、吸着材として使われるのに対し、発泡体はパルプや紙の生産、石油やガスの処理など工業用途で発泡を抑えるために使われる。

エアロゲルは、密度と熱伝導率が極めて低い高多孔質(気孔率90%以上)材料です

エアロゲルは、密度と熱伝導率が極めて低い高多孔質(気孔率90%以上)材料である。この低密度の鍵は、エアロゲルが隣接するゲル粒子間の強い分子間力によるネットワークで構成されていることである。バルクガラスと比較すると、この力の影響は最小であり、非常に軽量な材料となる。

エアロゲル

簡単に言うと、エアロジェルは、形状や大きさを保ったまま、重量の99%まで水を吸収することができるオープンな構造を持つ固体ゲルなのです。この特性により、断熱や吸音、さらには流出油の浄化など、さまざまな用途に利用できる。

エアロゲルの内部構造は、ナノスケールの孔で区切られた、相互に結合したナノ粒子のネットワークで形成されている

エアロゲルは、ナノスケールの孔で区切られた、相互接続されたナノ粒子のネットワークで構成されています。その構造は発泡体と非常によく似ているが、ひとつだけ大きな違いがある。エアロゲルは発泡体よりもはるかに密度が高く、内部構造は気泡ではなく、相互に接続されたナノ粒子のネットワークで形成されている。

この孔は、エアロゲルの特性を決定する重要な役割を担っている

エアロゲルの特性を決定する重要な役割を担っているのが、この孔である。その内部を見たことがある人は、穴だらけのスポンジのように見えます。この孔があるからこそ、材料は高い多孔性と軽さを同時に実現できるのです。

エアロゲルは、小さな粒子径、高い表面積、開放気孔構造の組み合わせにより、優れた吸着剤、触媒、断熱材、遮音材となります。

エアロゲルは、断熱性、吸音性に優れています。エアロゲルは、熱伝導率が高く、嵩密度が低いため、断熱材として使用することができます。そのため、冷蔵庫やエアコンに広く応用されている。また、建築材料としての利用のほか、石油掘削、化学計測、生体医工学などの分野でも重要な役割を担っている。シリカ(石英)を原料とする多孔質ゲルの一種。比表面積が非常に大きいため、吸着剤や触媒の担体材料として優れている。室温で最大98重量%の水蒸気を吸収することができます。

エアロゲル

エアロゲルは、二酸化ケイ素のゲルを、収縮や崩壊を起こさずに液体成分を除去するように乾燥させたものである

Aerogels are made from silicon dioxide gel, which has been dried in such a way that the liquid component is removed without shrinkage or collapse. They’re so light they float on water. It is also the least dense solid material known to man, at one-quarter the density of helium.

泡は、液体や固体の中に気体のポケットを閉じ込めることによって形成される物質である

液体や固体の中に気体を封じ込めた物質。発泡体は熱伝導率が低く、断熱材としてよく使われる。発泡体はオープンセル構造でできており、封入された気孔が大きいため、空気などの気体を容易に通過させることができる。この特性により、断熱材として優れています。材料内にエアポケットを作ることで、寒い季節には家の中の熱の移動を防ぎ、暖かい季節には暖かさや快適さを犠牲にすることなく、より良い換気を可能にするからです。

パルプや紙の生産、石油やガスの処理などの産業用途で、発泡を抑えるために使用される消泡剤です。

消泡剤は、パルプや紙の生産、石油やガスの処理などの産業用途で、泡立ちを抑えるために使用されます。界面活性剤(表面活性剤)の一種と考えることができる。

メラミンアコースティックフォーム

エアロゲルも発泡体も、特定の用途に有用なユニークな特性を持っている

エアロゲルは、軽くて丈夫で柔軟な素材です。熱伝導率が高いため、建物などの断熱材として最適です。また、騒音公害を軽減するための吸音材としても使用できます。

発泡体は、ポリマーのマトリックスに空気を閉じ込めた小さな気泡やセルでできている。このため、特に水、油、空気などの液体や気体に対して優れた断熱効果を発揮する。また、変形しやすいため、衝撃をよく吸収することができる。

シリカエアロゲルとメラミンフォームの複合体である柔軟な断熱シートを開発しました

シリカエアロゲルとメラミンフォームの複合体である新しい柔軟断熱シートを開発し、建材、電子部品、電子機器、製造装置など多くの用途での利用が期待されている。本研究では、この複合材料の機械的特性を評価した。その結果,純粋なシリカエアロゲルと比較して,曲げ強度が18〜33%高く,曲げ強度が25〜37%高いことがわかった。また,引張強度および破断伸度は,純粋なメラミンフォームと比較して50%以上向上していることがわかった。破壊モードは,純粋なメラミンフォームでは外部荷重によるクラックが観察されたが,複合材料では圧縮荷重条件による変形過程で発生する内圧によって破砕が起こるなど,互いに異なるものであった。

結論

この2つの材料は、同じ固体でありながら、根本的に異なるものである。エアロゲルは「凍った」液体で構成され、発泡体は気体で構成されている。エアロゲルは密度が非常に低く、断熱材として利用できる。エアロジェルと発泡体の複合体は、良好な柔軟性と低い熱伝導率(0.016W/(m・K))を示し、エアロジェルのみよりも優れた機械性能を持つ。

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