Vật liệu cách nhiệt kỳ diệu - Aerogel
Mar 16, 2022
Bề mặt sao Hỏa mát hơn nhiều so với Trái đất, với nhiệt độ tối thiểu dưới -100 °C. Trong một môi trường nhiệt độ thấp như vậy, xe tự hành giải quyết vấn đề cách nhiệt như thế nào?
Trên thực tế, tàu vũ trụ trên quỹ đạo Trái đất và các tàu thăm dò trên bề mặt mặt trăng cũng phải đối mặt với môi trường nhiệt độ khắc nghiệt. Để duy trì thiết bị tàu vũ trụ hoạt động trong môi trường nhiệt độ tương đối thoải mái, nói chung bằng cách đặt trên tàu vũ trụ một loại vật liệu cách nhiệt được gọi là các thành phần cách nhiệt nhiều lớp "Quần áo" để tàu vũ trụ không bị ảnh hưởng cho dù môi trường bên ngoài lạnh hay nóng.
Tuy nhiên, thành phần cách nhiệt nhiều lớp có hiệu suất cách nhiệt tốt chỉ trong chân không. Trong môi trường khí carbon dioxide khoảng 800Pa trên bề mặt sao Hỏa, hiệu quả cách nhiệt của nó bị mất. Đó là lý do tại sao xe tự hành cần được cách nhiệt bằng aerogel.
Aerogel là một vật liệu rắn nano, trong đó môi trường phân tán là khí, và các hạt keo hoặc phân tử polymer được tổng hợp thành một cấu trúc mạng. Đường kính hạt cơ bản của cấu trúc mạng aerogel là 1-20nm, và kích thước lỗ rỗng là 1-100nm. Vì kích thước lỗ rỗng trong vật liệu nhỏ hơn đường dẫn tự do trung bình của các phân tử không khí, đối lưu khí có thể được ngăn chặn một cách hiệu quả.
Vì vậy, những gì rất kỳ diệu về aerogels?
1) Hiệu suất cách nhiệt tốt
Độ dẫn nhiệt của PTFE được sử dụng để cách nhiệt là 0,27W / (m • K), trong khi độ dẫn nhiệt của nano-aerogel thường là 0,02W / (m • K), chỉ bằng 1/13 so với PTFE. . Điều này là do khí carbon dioxide bị ứ đọng trong các khoảng trống nhỏ trong bầu khí quyển sao Hỏa, do đó không thể phát triển sự truyền nhiệt đối lưu. Cấu trúc vi mô của aerogel tương đối mỏng và đường truyền nhiệt dài, làm giảm khả năng dẫn nhiệt. Do đó, vật liệu nano-aerogel mật độ thấp là vật liệu cách nhiệt tốt nhất cho hệ thống kiểm soát nhiệt của tàu tự hành sao Hỏa.
(2) Trọng lượng nhẹ
Mật độ sắt là 7800kg / m3, có nghĩa là 1 mét khối sắt nặng 7,8 tấn; mật độ không khí là 1,29kg / m3, có nghĩa là 1 mét khối không khí nặng 1,29 kg. Mật độ của aerogel được sử dụng bởi tàu tự hành sao Hỏa là 30kg / m3, gấp khoảng 23 lần so với không khí. Trong quá trình sản xuất aerogel, chất lỏng trong gel được thay thế bằng khí, tạo thành rất nhiều lỗ và tế bào cấu trúc, do đó mật độ cực kỳ thấp.
