معرفی سیلیکا آیروژل‌ها و تهیه آن ها به روش سُل_ژل
الموضوعات :
میترا توکلی
1
(گروه پليمر)
الکلمات المفتاحية: سیلیکا آیروژل, روش سُل_ژل, سدیم سیلیکات, آلکوکسید,
ملخص المقالة :
در سال‌های اخیر فناوری نانو تحولات چشمگیری را در صنایع مختلف ایجاد کرده است. ساختارهای مختلفی از نانو‌مواد به صورت تجاری یا تحقیقاتی مورد استفاده قرار گرفته اند. آیروژل‌ها دسته‌ای از نانو‌مواد متخلخلند که امروزه مورد توجه بسیار زیادی قرار گرفته اند. آیروژل‌ها می‌توانند از جنس کربن، سلولز، سیلیکا و... باشند. اولین نوع این مواد از جنس سیلیکا بود که در بین آیروژل‌ها بسیار محبوب‌تر شده است، زیرا این مواد طیف گسترده‌ای ازخواص استثنایی از جمله مساحت سطح زیاد، تخلخل بالا، چگالی بسیار کم، هدایت حرارتی بسیار پایین، ضریب شکست کم، ثابت دی‌الکتریک بسیار پایین را دارا هستند. این مواد عموماً با روش شناخته شده سُل-ژل از پیش-ماده‌های مختلف از جمله سدیم سیلیکات و آلکوکسید‌ها تهیه می‌شوند. توسعه سریع فرایند سُل-ژل در طول دو دهه گذشته منجر به پیشرفت سریع در سنتز مواد متخلخل شده است. روش سُل_ژل، منجر به تولید سیلیکا آیروژل با خواص استثنایی می شود که این خواص کاربرد‌های مختلفی مانند عایق‌های صوتی و حرارتی، کاتالیزور، عبوردهی نوری بالا، جذب آلاینده‌ها از آب و... را برای آن‌ها به همراه دارد. هدف از این مطالعه معرفی کلی سیلیکا آیروژل‌ها و بررسی روش سل_ژل و نکات مربوط به آن در تهیه ی سیلیکا آیروژل‌ها است.
1. Gesser H. D., Goswami P. C., “Aerogels and Related Porous Materials” Chemical Reviews, 89, 765-788, 1989.
2. Pajonk G.M.,“Catalytic aerogels” Catalysis Today, 35, 319-337, 1997.
3. Husing N., Schubert U., “Aerogels-Airy Materials: Chemistry, Structure, and Properties” Anorganic Chemistry, 37 , 22-45, 1998.
4. Lue G.Q., Zhao X.S., “Nanoporus Materiallsscience and Engineering” Imperial College Press, United Kingdom, 2004.
5. Ma H. S., Roberts A.P., Prevost J.-H., JullienR., Scherer G.W., “Mechanical Structure, Property Relationship of Aerogels” Non Crystalline Solids, 277, 127-141, 2000.
6.Soleimani Dorcheh A.,Abbasi M.H., “Silica aerogel; Synthesis, Properties and Characterization” Material Processing Technology, 199, 10-26, 2007.
7. Jaxel J., Markevicius G., Rigacci A., Budtova T., “Thermal Superinsulating Silica Aerogels Reinforced with Short Man-made Cellulose Fibers” Composites: Part A, 103, 113-121, 2017.
8. Matsuda H., Kobayashi N., Kobayashi T., Miyazawa K., Kuwabara M., “Room Temperature Synthesis of Crystalline Barium Titanate Thin Films by High-concentration Sol-gel Method” Non-Crystalline Solids, 271, 162-166, 2000.
9. Gurav J.L., Jung I.K., Park H.H., Kang E.S.,Nadargi D.Y., “Silica Aerogel: Synthesis and Applications” Nanomaterials, 2010, 1-11, 2010.
10. Brinker C.J. “Hydrolysis and Condensation of Silicates: Effects Structure” Non-Crystalline Solids, 100, 31-50, 1998.
11. Flory P. J. “Principles of Polymer Chemistry, Chapter 4” Cornell University Press, USA, 1953.
12. Kistler S. S., “Coherent Expanded Aerogels” Rubber Chemistry and Technology, 5, 600-603, 1932. 13. Teichner S. J." Aerogels of Inorganic Oxides” springer, France, 1986.
14. Hosono H., Mishima Y., Takezoe H., Mac Kenzie K. J.D., “Nanomaterials: From Research to Applications” Elsevier, Japan, 2006.
15. Schubert U., Husing N., Lorenz A., “Hybrid Inorganic-Organic Materials by Sol-Gel Processing of Organofunctional Metal Alkoxides” Chemistry Material, 7, 2010-2027, 1995.
16. Schmidt H., “Chemistry of Material Preparation by Sol-gel process” Non-Crystalline Solids,100, 51-64, 1998.
17. Maleki H., Duraes L., Portugal A., “An Overview on Silica Aerogels Synthesis and Different Mechanical Reinforcing Strategies” Non Crystalline Solids, 385, 55-74, 2014.
18. Parale V. G., Lee K., Jungn H., Nah H., Choi H., Kim T., Phadtare V. D., Park H.“Facile Synthesis of Hydrophobic, Thermally Stable, and Insulative Organically Modified Silica Aerogels Using Coprecursor Method” Ceramics International, 44, 3966-3972, 2018.
19. Pan Y., Hea S., Gonga L., Chenga X., Lia C., Lia Z., Liub Z., Zhang H., “Low Thermal-Conductivity and High Thermal Stablesilica Aerogelbased on” Materials and Design, 113, 246-253, 2017.
20. Ruben G.C., Pekala R.W., Tillotson T.M., Hrubesh L.W., “Imaging Aerogels at the Molecular Level” Material Science, 27, 4341-4349, 1992.
21. Husing N., Schubert U., “Aerogels” Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 1060, 621-646, 2012.
22. Barrios E., Fox D., Li Sip Y.Y., Catarata R., Calderon J.E., Azim N., Afrin S., Zhang Z., Zhai L., “Nanomaterials in Advanced, High-Performance Aerogel Composites: A Review” Polymers, 11, 1-41, 2019.
23. وکیلی ح،. طالب پور ز،. ”توسعه روش‌های جداسازی به وسیله‌ی ابزارهای پلیمری ساخته شده با چاپگر سه بعدی“ پژوهش و توسعه‌ی فناوری پلیمر ایران، 4، 18-5، 1398.
24. Brinker C.J., Scherer G.W., “ThePhysics and Chemistry of Sol-Gel Processing”Controlled Release, 15,1-18,1990.
25. Gross J., Coronado P.R., Hrubesh L.W. “Elastic Properties of Silica Aerogels From a New Rapid Supercritical Extraction Process” Non-Crystalline Solids, 225, 282-286, 1998.
26.Kirkbir F., Murata H., Meyers D., Chaudhuri S.R., “Drying of Aerogels in Different Solvents Between Atmospheric and Supercritical Pressures” Non-crystalline solids, 225, 14-18, 1998.
27. Gauthier B.M., Bakrania S.D., Anderson A.M., Carrollb M. K., “A Fast Supercritical Extraction Technique for Aerogel Fabrication” Non-crystalline solids, 350, 238-243, 2004.
28.Pope E.J.A., Mackenzie J.D.J., “Sol-gel Processing of Silica: II. The Role of the Catalyst” Non-Crystalline Solids, 87, 185-198, 1986.
29. Tewari P.H., Hunt A.J., Lofftus K.D., “Ambienttemperature Supercritical Drying of Transparent Silica Aerogels” Materials Letters, 3, 363-367, 1985.
30. Van Bommel M.J., Haan A.B., “Drying of Silica Aerogel with Supercritical Carbon Dioxide” Non-Crystalline Solids, 186, 78-82,1995.
31. Smith D. M., Steinb D., Andersonb J.M., Ackerman W., “Preparation of Low-density Xerogels at Ambient Pressure” Non-Crystalline Solids, 186, 104-112, 1995.
32. Yoda S., Ohshima S., “Supercritical Drying Media Modification for Silica Aerogelpreparation "Non-Crystalline Solids, 248, 224-234, 1999.
33. Dieudonne P.H., Alaoui A.H., Delord P., Phalippou J., “Transformation of Nanostructure of Silica Gels During Drying ” Non-Crystalline Solids, 262, 155-161, 2000.
34. Tajiri K., Igarashi K., “The Effect of the Preparation Conditions on the Optical Properties of Transparent Silica Aerogels” SolarEnergy Materials and Solar Cells, 54, 189-195, 1998.
35. Pierre A. C., Pajonk G. M., “Chemistry of Aerogels and Their Application” Chemical Reviews, 102, 4243-4266, 2002.
36.Deshpande R., Hua D.W., Smith D.M., Brinkerab C. J., “Pore Structure Evolution in Silica Gel During Aging/drying. III. Effects of Surface Tension” Non-Crystalline, 144, 32-44, 1992.
37. Ma H.S., Roberts A.P., Prevost J.H., Jullien R., Scherer W.G., “Mechanical Structure, Property Relationship of Aerogels” Non Crystalline Solids, 277,127-141,2000.
38. Yuan B., Ding S., Wang D., Wang G., Li H., “Heat Insulation Properties of Silicaero-Gel/glass Fiber Composites Fabricated by Press Forming” Materials Letters 75, 204-206, 2012.
39. Karout A., Buisson P., Perrard A., Pierre A.C., “Shaping and Mechanical Reinforcement of Silica Aerogel Biocatalysts with Ceramic Fiber Felts” Sol-Gel Science and Technology, 36, 163-17, 2005.
40. Markevicius G., Ladj R., Niemeyer P., Budtova T., Rigacci A., "Ambient-dried Thermal Super Insulating Monolithic Silica-based Aerogels with Short Cellulosic Fiber" Materials Science, 52, 2210-2221, 2016.
41. Sai H., Xing L., Xiang J., Cui L., Jiao J., Zhao C. “Flexible aerogels based on aninterpenetrating network of bacterial cellulose andby a non-supercritical drying process”, The Royal Society of Chemistry, 27, 7963-7970, 2013.
42. Sai H.,Xing L., Xiang J., Cui Li., Jiao J., Zhao C., Li Z., Zhang F.L. “Flexible aerogels with interpenetrating network structure ofbacterial cellulose–silica composite fromsodium silicate precursor via freeze drying” The Royal Society of Chemistry, 57, 30453-30461, 2014.
43. Cai M., Shafi S., Zhao Y. “Preparation of compressible silica aerogel reinforced by bacterial celluloseusing tetraethylorthosilicate and methyltrimethoxylsilanecoprecursor” Non Crystalline Solids, 481, 622-626, 2018.
