Sihirli Isı Yalıtım Malzemesi - Aerojel

Mars'ın yüzeyi Dünya'dan çok daha soğuktur ve minimum sıcaklık -100 derecenin altındadır. Bu kadar düşük sıcaklıktaki bir ortamda gezici, ısı yalıtımı sorununu nasıl çözüyor?

Aslında, Dünya yörüngesindeki uzay araçları ve ay yüzeyindeki sondalar da zorlu sıcaklık ortamlarıyla karşı karşıyadır. Uzay aracı ekipmanının nispeten rahat bir sıcaklık ortamında çalışmasını sağlamak için, genellikle uzay aracına çok katmanlı ısı yalıtım bileşenleri "Giysiler" adı verilen bir tür yalıtım koyarak, uzay aracının dış ortamın soğuk veya sıcak olmasından etkilenmemesi için. .

Bununla birlikte, çok katmanlı ısı yalıtım bileşeni, yalnızca bir vakumda iyi bir ısı yalıtım performansına sahiptir. Mars yüzeyindeki yaklaşık 800Pa'lık karbondioksit gazı ortamında ısı yalıtım etkisi kaybolur. Bu nedenle gezicinin aerojel ile yalıtılması gerekiyor.

Aerojel, dispersiyon ortamının gaz olduğu ve koloidal partiküllerin veya polimer moleküllerinin bir ağ yapısında toplandığı nano gözenekli bir katı malzemedir. Aerojel ağ yapısının temel parçacık çapı 1-20 nm'dir ve gözenek boyutu 1-100 nm'dir. Malzemedeki gözenek boyutu, hava moleküllerinin ortalama serbest yolundan daha küçük olduğundan, gaz konveksiyonu etkili bir şekilde bastırılabilir.

Peki, aerojeller hakkında bu kadar büyülü olan ne?

1) İyi ısı yalıtım performansı

Isı yalıtımı için kullanılan PTFE'nin ısıl iletkenliği {{0}}.27W/(m•K) iken, nano-aerojellerin ısıl iletkenliği genellikle 0.02W/(m•K)'dir, ki bu sadece PTFE'nin 1/13'ü. . Bunun nedeni, Mars atmosferindeki küçük boşluklarda karbondioksit gazının durgun olması ve dolayısıyla konvektif ısı transferi geliştirilememesidir. Aerojelin mikro yapısı nispeten incedir ve ısı transfer yolu uzundur, bu da ısı iletim kapasitesini azaltır. Bu nedenle, düşük yoğunluklu nano-aerojel malzeme, Mars gezgininin termal kontrol sistemi için en iyi ısı yalıtım malzemesidir.

(2) Hafif

Demirin yoğunluğu 7800kg/m3'tür, yani 1 metreküp demir 7.8 ton ağırlığındadır; havanın yoğunluğu 1,29 kg/m3'tür, bu da 1 metreküp havanın 1,29 kilogram olduğu anlamına gelir. Mars gezgini tarafından kullanılan aerojelin yoğunluğu, havanınkinin yaklaşık 23 katı olan 30 kg/m3'tür. Aerojel üretimi sırasında jeldeki sıvının yerini gaz alarak çok sayıda delik ve yapısal hücre oluşturur, bu nedenle yoğunluk son derece düşüktür.