วัสดุฉนวนความร้อนที่มีมนต์ขลัง - Aerogel
Mar 16, 2022
พื้นผิวของดาวอังคารนั้นเย็นกว่าโลกมากโดยมีอุณหภูมิต่ําสุดต่ํากว่า -100 ° C ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ําเช่นนี้โรเวอร์จะแก้ปัญหาฉนวนกันความร้อนได้อย่างไร?
ในความเป็นจริงยานอวกาศในวงโคจรโลกและยานสํารวจบนพื้นผิวดวงจันทร์ก็ต้องเผชิญกับสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิรุนแรงเช่นกัน เพื่อรักษาอุปกรณ์ยานอวกาศที่ทํางานในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิค่อนข้างสบายโดยทั่วไปโดยการวางฉนวนชนิดหนึ่งที่เรียกว่าส่วนประกอบฉนวนกันความร้อนหลายชั้น "เสื้อผ้า" บนยานอวกาศเพื่อไม่ให้ยานอวกาศได้รับผลกระทบไม่ว่าสภาพแวดล้อมภายนอกจะเย็นหรือร้อน
อย่างไรก็ตามส่วนประกอบของฉนวนกันความร้อนหลายชั้นมีประสิทธิภาพฉนวนกันความร้อนที่ดีเฉพาะในสุญญากาศเท่านั้น ในสภาพแวดล้อมก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ประมาณ 800Pa บนพื้นผิวของดาวอังคารผลของฉนวนกันความร้อนจะหายไป นั่นเป็นเหตุผลที่โรเวอร์ต้องหุ้มฉนวนด้วยแอโรเจล
Aerogel เป็นวัสดุที่เป็นของแข็งที่มีรูพรุนนาโนซึ่งตัวกลางในการกระจายตัวคือก๊าซและอนุภาคคอลลอยด์หรือโมเลกุลพอลิเมอร์จะถูกรวมเข้าด้วยกันเป็นโครงสร้างเครือข่าย เส้นผ่านศูนย์กลางอนุภาคพื้นฐานของโครงสร้างเครือข่ายแอโรเจลคือ 1-20 นาโนเมตรและขนาดรูขุมขนคือ 1-100 นาโนเมตร เนื่องจากขนาดรูขุมขนในวัสดุมีขนาดเล็กกว่าเส้นทางอิสระเฉลี่ยของโมเลกุลอากาศการพาความร้อนของก๊าซจึงสามารถยับยั้งได้อย่างมีประสิทธิภาพ
ดังนั้นสิ่งที่น่าอัศจรรย์เกี่ยวกับแอโรเจลคืออะไร?
1) ประสิทธิภาพของฉนวนกันความร้อนที่ดี
การนําความร้อนของ PTFE ที่ใช้สําหรับฉนวนกันความร้อนคือ 0.27W / (m • K) ในขณะที่การนําความร้อนของนาโนแอโรเจลโดยทั่วไปคือ 0.02W / (m • K) ซึ่งมีเพียง 1/13 ของ PTFE . นี่เป็นเพราะก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์หยุดนิ่งในช่องว่างเล็ก ๆ ในชั้นบรรยากาศดาวอังคารดังนั้นจึงไม่สามารถพัฒนาการถ่ายเทความร้อนแบบหมุนเวียนได้ โครงสร้างจุลภาคของแอโรเจลค่อนข้างบางและเส้นทางการถ่ายเทความร้อนมีความยาวซึ่งช่วยลดความสามารถในการนําความร้อน ดังนั้นวัสดุนาโนแอโรเจลความหนาแน่นต่ําจึงเป็นวัสดุฉนวนกันความร้อนที่ดีที่สุดสําหรับระบบควบคุมความร้อนของยานสํารวจดาวอังคาร
(2) น้ําหนักเบา
ความหนาแน่นของเหล็กคือ 7800kg / m3 ซึ่งหมายความว่าเหล็ก 1 ลูกบาศก์เมตรมีน้ําหนัก 7.8 ตัน ความหนาแน่นของอากาศคือ 1.29 กก. / ลบ.ม. ซึ่งหมายความว่าอากาศ 1 ลูกบาศก์เมตรมีน้ําหนัก 1.29 กิโลกรัม ความหนาแน่นของแอโรเจลที่ใช้โดยยานสํารวจดาวอังคารคือ 30 กก. / ลบ.ม. ซึ่งประมาณ 23 เท่าของอากาศ ในระหว่างการผลิตแอโรเจลของเหลวในเจลจะถูกแทนที่ด้วยก๊าซสร้างรูและเซลล์โครงสร้างจํานวนมากดังนั้นความหนาแน่นจึงต่ํามาก
