ݺߣ

ݺߣShare a Scribd company logo

Aerogel abdurrahma buğdaycı

•Download as PPTX, PDF•
•
A Bugdayci
A Bugdayci

dünyanın en hafif katı malzemesi

1 of 18
Downloaded 10 times
HAZIRLAYAN ADI SOYADI: ABDURRAHMAN BUĞDAYCI ÖĞRENCİ NO: 161534043
ÖZET  Tarihi geçmişi 1930’lu yıllara kadar uzanır.  Dünyanın en hafif katı malzemesi olarak bilinmektedir.  Termal ve mekanik özellikleri, yüksek yüzey alanı, düşük elektrik iletkenliği, gözenek yapısının kontrol edilebilirliği ve fiziksel dayanımının yüksek olması gibi üstün özelliklerinden dolayı çok fazla kullanım alanına sahiptir.  Aerojeller, genellikle sol-jel tekniği kullanılarak jel hazırlama, jelin yaşlandırılması ve kurutulması olmak üzere üç aşamada üretilmektedir.  Jelin sıvı fazının gaz fazı ile yer değiştirmesiyle elde edilen düşük yoğunluktaki aerojeller aynı zamanda çevre dostu malzemelerdir.
Giriş  Steven Kistler 1931 yılında Kaliforniya Stockton’daki Pasifik Üniversitesinde silika esaslı ilk aerojelleri üretmiştir.  1940-1945 yılları arasında Pasifik üniversitesindeki çalışmalarından sonra Monsanto’da ürününü Aerojel Santocel adında ticarileştirmiştir.  Tewari ve Hunt, 1986 yılında kısmen düşük sıcaklık ve basınçlarda, süperkritik kurutma ile kuru aerojel üretim prosesiyle patent almayı başarmıştır.  Karbon aerojeller (KA) 1990’lı yılların başlarında elde edilmiştir [1].  1999’da Aspen Systems aerojeller SBIR ödülü ile yılın teknolojisi ödülüne layık görülmüştür.
 Aerojel dünya üzerinde üretilen gözenekli malzemeler arasında en düşük yoğunluğa (0,001 ile 0,5 g/cm3) sahip, açık gözenekli bir malzemedir.  % 99 oranında içerisinde hava bulunduran, içerisindeki hava alındığında havadan 7,5 kat daha hafif olarak üretilen Grafen Aerojelin hafifliğinden dolayı uçması beklenirken; bu malzemenin yoğunluğu içi hava ile doluyken hesaplandığından ve yerçekimini yenemediğinden dolayı uçamamaktadır [1].
AEROJEL TÜRLERİ
Karbon Aerojel (KA)  Karbon aerojeller, organik aerojellerin pirolizinden elde edilen yüksek gözenekli (%50’nin üzerinde), düşük yoğunluğa (0,1 g/cm3), 100 nm’den daha az gözenek çapına ve yüksek yüzey alanına sahip malzemelerdir.  Karbon aerojel kontrollü gözenekli yapısı, yüksek yüzey alanı ve farklı yüzey kimyası ile tipik gözenekli karbon esaslı malzemedir.  Son zamanlarda gözenekli karbon aerojelin yeni bir formu ortaya çıkmıştır. Yeni bir adsorpsiyon malzemesi olarak aerojel reaktif boya atık işleme uygulamalarında da kullanılmaktadır. Karbon aerojelin mikro ve mezo gözenekli yapısı adsorpsiyon kapasitesine önemli katkı sağlamaktadır. Sol-jel teknolojisi ile sentezlenmiş a. silindirik monolit, b. öğütülmüş toz şeklinde ve c. Resornisol formaldehit aerojel (soldaki) ve karbon aerojel (sağdaki) görüntüleri. a b c
Alümina Aerojeller  Sol jel yönteminin süresinin uzatılması ile çoğunlukla metal elementleri kullanarak metal oksit aerojeller sentezlenmiştir.  Günümüzde yaygın olarak bilinen alümina aerojellerin hazırlanışı hidroliz olayıyla meydana gelmektedir.  Hidroliz sırasında metalle bir hidroksil metalin merkezinde bir araya gelerek (Al-OH) yapısını meydana getirir ve sonrasında metalin merkezinde hidroksiller daha da yoğunlaşmaya başlar.  Bu aşamaların sonucunda metal-oksit-metal köprüsü (Al-O-Al) yapıyı meydana getirir.
Diğer Aerojeller  Aerojel türlerine örnek olarak yarı iletken bakır içerikli metal aerojeller ve nanotüp aerojeller verilebilir.  İlk olarak 2002 yılında üretilen bakır içerikli metal aerojeller geçirgenlik, optik saydamlık ve fotolüminesas özellikleri açısından benzersiz bir yapıya sahiptir.  Farklı metodlarla nanotüp ve aerojelin bir araya gelmesi sağlanmıştır.  Bu malzeme mezo gözeneğe sahip olmamasından ve tek parça olamamasından dolayı bilinen aerojel tanımına uymamış donmuş duman tanımı yerine elastik duman olarak adlandırılmıştır.
Aerojellerin Üretimi
 Aerojeller sol-jel tekniği kullanılarak jel hazırlama, jelin yaşlandırılması ve kurutulması olmak üzere üç aşamada sentezlenmektedir.  Sol jel hazırlamadaki ön ürün uygun bir çözücüde çözünen ya bir metal tuz/alkoksid ya da oluşmuş solun kararlı bir kolloidal süspansiyonu olabilir.  Hazırlanan çözelti kullanılarak sol hazırlanmakta ve buna katalizör eklendiğinde jelleşme meydana gelmektedir.  Oluşan jeller dağıtıcı ara maddesine göre hydrojel, akuajel, alkojel ve aerojel olarak adlandırılmaktadır.  Yaşlandırma işlemi, ağa yeni monomerlerin eklenmesi ve çapraz bağ derecesinin artmasıdır.  Yaşlandırma süresi kuruma sırasında büzülmeler olmasın diye minimumda tutulmaya çalışılır.  Kurutma işleminin yapılmasındaki amaç ise jel yapısının yığılmasına engel olmak, jelin iskelet yapısını korumak ve büzülmeyi en aza indirgemektir.  Bu amaçla çözücüyü jelden uzaklaştırmak gerekir.  Kurutma, atmosfer basıncında yapılan kurutma ve süper kritik kurutma olmak üzere iki şekilde gerçekleştirilir.
Sol-jel Yöntemi ile Aerojel Üretim akış şeması
Selüloz Aerojel Üretimi  Selüloz aerojel ile ilgili bir çalışmada; atık gazeteler toplanmış ve küçük parçalar halinde mekanik olarak parçalanmıştır.  Atık parçalar bir beher içinde 10 gr AmlmCl (1-allyl -3- methyimidazolium) maddesinin içine dağıtılmıştır.  Beher, homojen bir karıştırma sağlamak için 80 °C ‘de 4 saat yağ banyosuna daldırılmış, koyu sarı renkli WNP (waste newspaper) süspansiyonu elde edilmiş ve elde edilen WNP solüsyonu teflon kalıplara dökülüp, bir vakum fırında hava kabarcıkları alınmıştır.  Daha sonra suyla rejenere edilerek hidrojel elde edilmiştir.  Etanol-su değişimi ve etanol-tert bütanol değişimi yapılarak hidrojel kurutmaya hazır hale getirilmiştir.  Hidrojeller -50°’de 48 saat vakum altında dondurucuda kurutulmuştur.
Selüloz esaslı aerojel hazırlama evreleri
Aerojellerin Uygulama Alanları  Aerojel, termal yalıtım, akustik yalıtım, uzay ve havacılık uygulamaları, katalizör ve katalizör dolguları, yakıt hücreleri, kimyasal sensörler, ilaç salım sistemleri, pencere uygulamaları gibi birçok alanda kullanılmaktadır.  Sızıntı temizliğinde kimyasal adsorbant, boyalarda yalıtıcı yoğunlaştırıcı ve emici olarak kullanım işlevleri bulunmaktadır.  Çin’deki araştırmalar sonucunda petrol sızıntıları ile mücadelede önemli bir kalkan görevi olmak gibi birçok kullanım alanı mevcuttur.  Aerojeller yalıtım kabiliyeti sayesinde tekne kazanlarında minimum yalıtım kalınlığı ile maksimum enerji tasarrufu sağlamaktadır.  Mimari binalarda kullanımı yaygındır.  Genelde dış cephede ışığı geçiren dolgu malzemesi olarak pencere gibi yapı bileşenlerinde, dış cephede mantolamada kullanılan klasik yapı malzemelerinin yerine fiber katkılı aerojel kullanımı şeklindedir.  Aerojeller, vakumlu yalıtım panellerinin içine yerleştirilerek de kullanılmaktadır.
 Aerogel higroskobik özelliğinden iyi bir desikanttır.  Aerojel iyi bir yalıtkandır (Uzay radyasyonunu engeller)  Aerojel ısıyı (sıcak/soğuğu) iletmez (Aerojel üzerindeki kibritler tutuşmaz)  Aerojel en hafif malzemedir (Hafif inşaat malzemesi yapılabilir).  Aerojel bitkileri sıcak ve soğuktan koruyabilir (Sera ve ayda bina yapımında kullanılabilir).
Aerojelin çeşitli uygulama Աı
Aerogel abdurrahma buğdaycı
Sonuç  Aerojeller, benzersiz fiziksel özelliklere sahip, oldukça gözenekli ve hafif malzemelerdir.  Yüksek yüzey alanına sahiptirler ve genelde doğada bulunan malzemelerden ve atıklardan üretilirler.  Gözenekli malzemelerle gibi aerojeller de hayatımızın birçok alanında kullanılmaktadır. Birçok araştırmacı kontrol edilebilir gözenek özelliklerinden dolayı aerojel üretimi ve uygulama Աı üzerine yoğun araştırmalar yapmakta, birçok bilimsel ve teknolojik problemin çözümüne yardımcı olması sayesinde özellikle son yıllarda aerojellerin sentezi ve karakterizasyonu ile ilgili araştırmalar yoğunlaşmaktadır.  Aerojel üretiminde; süper kritik kurutma şartlarının sahip olduğu avantajlar (düşük viskozite ve yüksek yayınıma sahip olması, üretim süresinin azalması ve klasik çözücü ekstraksiyon yöntemlerine oranla üretimin daha kısa sürede gerçekleşmesi) nedeniyle ticarileşme başlamıştır.  Aerojeller üstün özellikleri ve avantajlı üretim koşulları sayesinde geleceğin en kıymetli çevre dostu malzemelerinden biri olmaya adaydır.

More Related Content

Aerogel abdurrahma buğdaycı

  • 1. HAZIRLAYAN ADI SOYADI: ABDURRAHMAN BUĞDAYCI ÖĞRENCİ NO: 161534043
  • 2. ÖZET  Tarihi geçmişi 1930’lu yıllara kadar uzanır.  Dünyanın en hafif katı malzemesi olarak bilinmektedir.  Termal ve mekanik özellikleri, yüksek yüzey alanı, düşük elektrik iletkenliği, gözenek yapısının kontrol edilebilirliği ve fiziksel dayanımının yüksek olması gibi üstün özelliklerinden dolayı çok fazla kullanım alanına sahiptir.  Aerojeller, genellikle sol-jel tekniği kullanılarak jel hazırlama, jelin yaşlandırılması ve kurutulması olmak üzere üç aşamada üretilmektedir.  Jelin sıvı fazının gaz fazı ile yer değiştirmesiyle elde edilen düşük yoğunluktaki aerojeller aynı zamanda çevre dostu malzemelerdir.
  • 3. Giriş  Steven Kistler 1931 yılında Kaliforniya Stockton’daki Pasifik Üniversitesinde silika esaslı ilk aerojelleri üretmiştir.  1940-1945 yılları arasında Pasifik üniversitesindeki çalışmalarından sonra Monsanto’da ürününü Aerojel Santocel adında ticarileştirmiştir.  Tewari ve Hunt, 1986 yılında kısmen düşük sıcaklık ve basınçlarda, süperkritik kurutma ile kuru aerojel üretim prosesiyle patent almayı başarmıştır.  Karbon aerojeller (KA) 1990’lı yılların başlarında elde edilmiştir [1].  1999’da Aspen Systems aerojeller SBIR ödülü ile yılın teknolojisi ödülüne layık görülmüştür.
  • 4.  Aerojel dünya üzerinde üretilen gözenekli malzemeler arasında en düşük yoğunluğa (0,001 ile 0,5 g/cm3) sahip, açık gözenekli bir malzemedir.  % 99 oranında içerisinde hava bulunduran, içerisindeki hava alındığında havadan 7,5 kat daha hafif olarak üretilen Grafen Aerojelin hafifliğinden dolayı uçması beklenirken; bu malzemenin yoğunluğu içi hava ile doluyken hesaplandığından ve yerçekimini yenemediğinden dolayı uçamamaktadır [1].
  • 6. Karbon Aerojel (KA)  Karbon aerojeller, organik aerojellerin pirolizinden elde edilen yüksek gözenekli (%50’nin üzerinde), düşük yoğunluğa (0,1 g/cm3), 100 nm’den daha az gözenek çapına ve yüksek yüzey alanına sahip malzemelerdir.  Karbon aerojel kontrollü gözenekli yapısı, yüksek yüzey alanı ve farklı yüzey kimyası ile tipik gözenekli karbon esaslı malzemedir.  Son zamanlarda gözenekli karbon aerojelin yeni bir formu ortaya çıkmıştır. Yeni bir adsorpsiyon malzemesi olarak aerojel reaktif boya atık işleme uygulamalarında da kullanılmaktadır. Karbon aerojelin mikro ve mezo gözenekli yapısı adsorpsiyon kapasitesine önemli katkı sağlamaktadır. Sol-jel teknolojisi ile sentezlenmiş a. silindirik monolit, b. öğütülmüş toz şeklinde ve c. Resornisol formaldehit aerojel (soldaki) ve karbon aerojel (sağdaki) görüntüleri. a b c
  • 7. Alümina Aerojeller  Sol jel yönteminin süresinin uzatılması ile çoğunlukla metal elementleri kullanarak metal oksit aerojeller sentezlenmiştir.  Günümüzde yaygın olarak bilinen alümina aerojellerin hazırlanışı hidroliz olayıyla meydana gelmektedir.  Hidroliz sırasında metalle bir hidroksil metalin merkezinde bir araya gelerek (Al-OH) yapısını meydana getirir ve sonrasında metalin merkezinde hidroksiller daha da yoğunlaşmaya başlar.  Bu aşamaların sonucunda metal-oksit-metal köprüsü (Al-O-Al) yapıyı meydana getirir.
  • 8. Diğer Aerojeller  Aerojel türlerine örnek olarak yarı iletken bakır içerikli metal aerojeller ve nanotüp aerojeller verilebilir.  İlk olarak 2002 yılında üretilen bakır içerikli metal aerojeller geçirgenlik, optik saydamlık ve fotolüminesas özellikleri açısından benzersiz bir yapıya sahiptir.  Farklı metodlarla nanotüp ve aerojelin bir araya gelmesi sağlanmıştır.  Bu malzeme mezo gözeneğe sahip olmamasından ve tek parça olamamasından dolayı bilinen aerojel tanımına uymamış donmuş duman tanımı yerine elastik duman olarak adlandırılmıştır.
  • 10.  Aerojeller sol-jel tekniği kullanılarak jel hazırlama, jelin yaşlandırılması ve kurutulması olmak üzere üç aşamada sentezlenmektedir.  Sol jel hazırlamadaki ön ürün uygun bir çözücüde çözünen ya bir metal tuz/alkoksid ya da oluşmuş solun kararlı bir kolloidal süspansiyonu olabilir.  Hazırlanan çözelti kullanılarak sol hazırlanmakta ve buna katalizör eklendiğinde jelleşme meydana gelmektedir.  Oluşan jeller dağıtıcı ara maddesine göre hydrojel, akuajel, alkojel ve aerojel olarak adlandırılmaktadır.  Yaşlandırma işlemi, ağa yeni monomerlerin eklenmesi ve çapraz bağ derecesinin artmasıdır.  Yaşlandırma süresi kuruma sırasında büzülmeler olmasın diye minimumda tutulmaya çalışılır.  Kurutma işleminin yapılmasındaki amaç ise jel yapısının yığılmasına engel olmak, jelin iskelet yapısını korumak ve büzülmeyi en aza indirgemektir.  Bu amaçla çözücüyü jelden uzaklaştırmak gerekir.  Kurutma, atmosfer basıncında yapılan kurutma ve süper kritik kurutma olmak üzere iki şekilde gerçekleştirilir.
  • 11. Sol-jel Yöntemi ile Aerojel Üretim akış şeması
  • 12. Selüloz Aerojel Üretimi  Selüloz aerojel ile ilgili bir çalışmada; atık gazeteler toplanmış ve küçük parçalar halinde mekanik olarak parçalanmıştır.  Atık parçalar bir beher içinde 10 gr AmlmCl (1-allyl -3- methyimidazolium) maddesinin içine dağıtılmıştır.  Beher, homojen bir karıştırma sağlamak için 80 °C ‘de 4 saat yağ banyosuna daldırılmış, koyu sarı renkli WNP (waste newspaper) süspansiyonu elde edilmiş ve elde edilen WNP solüsyonu teflon kalıplara dökülüp, bir vakum fırında hava kabarcıkları alınmıştır.  Daha sonra suyla rejenere edilerek hidrojel elde edilmiştir.  Etanol-su değişimi ve etanol-tert bütanol değişimi yapılarak hidrojel kurutmaya hazır hale getirilmiştir.  Hidrojeller -50°’de 48 saat vakum altında dondurucuda kurutulmuştur.
  • 13. Selüloz esaslı aerojel hazırlama evreleri
  • 14. Aerojellerin Uygulama Alanları  Aerojel, termal yalıtım, akustik yalıtım, uzay ve havacılık uygulamaları, katalizör ve katalizör dolguları, yakıt hücreleri, kimyasal sensörler, ilaç salım sistemleri, pencere uygulamaları gibi birçok alanda kullanılmaktadır.  Sızıntı temizliğinde kimyasal adsorbant, boyalarda yalıtıcı yoğunlaştırıcı ve emici olarak kullanım işlevleri bulunmaktadır.  Çin’deki araştırmalar sonucunda petrol sızıntıları ile mücadelede önemli bir kalkan görevi olmak gibi birçok kullanım alanı mevcuttur.  Aerojeller yalıtım kabiliyeti sayesinde tekne kazanlarında minimum yalıtım kalınlığı ile maksimum enerji tasarrufu sağlamaktadır.  Mimari binalarda kullanımı yaygındır.  Genelde dış cephede ışığı geçiren dolgu malzemesi olarak pencere gibi yapı bileşenlerinde, dış cephede mantolamada kullanılan klasik yapı malzemelerinin yerine fiber katkılı aerojel kullanımı şeklindedir.  Aerojeller, vakumlu yalıtım panellerinin içine yerleştirilerek de kullanılmaktadır.
  • 15.  Aerogel higroskobik özelliğinden iyi bir desikanttır.  Aerojel iyi bir yalıtkandır (Uzay radyasyonunu engeller)  Aerojel ısıyı (sıcak/soğuğu) iletmez (Aerojel üzerindeki kibritler tutuşmaz)  Aerojel en hafif malzemedir (Hafif inşaat malzemesi yapılabilir).  Aerojel bitkileri sıcak ve soğuktan koruyabilir (Sera ve ayda bina yapımında kullanılabilir).
  • 18. Sonuç  Aerojeller, benzersiz fiziksel özelliklere sahip, oldukça gözenekli ve hafif malzemelerdir.  Yüksek yüzey alanına sahiptirler ve genelde doğada bulunan malzemelerden ve atıklardan üretilirler.  Gözenekli malzemelerle gibi aerojeller de hayatımızın birçok alanında kullanılmaktadır. Birçok araştırmacı kontrol edilebilir gözenek özelliklerinden dolayı aerojel üretimi ve uygulama Աı üzerine yoğun araştırmalar yapmakta, birçok bilimsel ve teknolojik problemin çözümüne yardımcı olması sayesinde özellikle son yıllarda aerojellerin sentezi ve karakterizasyonu ile ilgili araştırmalar yoğunlaşmaktadır.  Aerojel üretiminde; süper kritik kurutma şartlarının sahip olduğu avantajlar (düşük viskozite ve yüksek yayınıma sahip olması, üretim süresinin azalması ve klasik çözücü ekstraksiyon yöntemlerine oranla üretimin daha kısa sürede gerçekleşmesi) nedeniyle ticarileşme başlamıştır.  Aerojeller üstün özellikleri ve avantajlı üretim koşulları sayesinde geleceğin en kıymetli çevre dostu malzemelerinden biri olmaya adaydır.