پژوهش‌های اندکی در زمینه بهبود روش‌های استفاده از آئروژل‌های نانوساختار در ترکیب با سازه‌های الیافی انجام شده و نیاز مبرم به مطالعه بیشتر برای دستیابی به روش‌های مناسب برای اتصال جدانشدنی آئروژل از الیاف وجود دارد.
زهرا مزروعی سبدانی و محمد ذره‌بینی دانش‌آموخته به ترتیب مهندسی نساجی و فناوری نساجی در مقطع دکتری هستند. آنها با استفاده از آئروژل منسوجاتی طراحی کرده‌اند که می‌توان از آنها به‌عنوان عایق صوت و حرارت استفاده کرد. در این طرح، از پوشش‌دهی لایه بی‌بافت پلی‌استر با مواد انتخابی نساجی حاوی آئروژل استفاده شده است. محصول حاصل به صورت همزمان عایق صوت و حرارت است و دارای ویژگی‌های آبگریزی است.
معرفی طرح
آئروژل‌ها موادی نانوساختار با چگالی بسیار پایین، تخلخل و مساحت بسیار بالا و دارای ویژگی‌هایی مانند هدایت گرمایی و سرعت انتقال صوت پایین هستند. ویژگی‌های فوق‌العاده آئروژل‌ها همراه با وزن بسیار کم، آنها را برای کاربردهای فراوان به‌ویژه در هوافضا، حمل‌ونقل و ساختمان مناسب ساخته است. متاسفانه آئروژل‌ها بسیار ترد و شکننده هستند و این امر کاربرد آنها را بسیار محدود ساخته است.
یکی از راه‌حل‌های اساسی برای استفاده از آئروژل‌ها ترکیب آنها با ساختارهای لیفی است. با وجود پژوهش‌های انجام شده و محصولات تجاری شده، هنوز هم ریزش آئروژل از روی الیاف و ایجاد گرد و غبار (به‌عنوان مثال، در هنگام برش) یک مشکل اساسی است که باید با روش‌های مناسب آئروژل را به الیاف اتصال داد تا پایداری آن در هنگام استفاده حفظ شود.
شرکت‌های بزرگ تولیدکننده بلانکت‌های آئروژلی مانند شرکت Cabot و Aspen در ایالات متحده به این مطلب اذعان دارند. در این طرح برای نخستین بار سازه‌های لیفی با مواد نساجی حاوی آئروژل به شیوهای مناسب پوشش داده شدند، تا ریزش غبار آئروژلی وجود نداشته باشد و عایق‌های صوت و حرارت به صورت همزمان همراه با خاصیت آبگریزی ایجاد شوند. بلانکت‌های آئروژلی آبدوست در برابر رطوبت هوا به‌دلیل جذب آب و ایجاد حالت ابری شکل کارآیی خود را به مرور زمان از دست می‌دهند. با توجه به کاربرد نهایی و اهمیت نوع عایق‌بندی، می‌توان محصولات را متناسب با عملکرد صوتی یا گرمایی مورد نظر پوشش‌دهی کرد.
به‌عنوان مثال، یک نمونه بلانکت آئروژلی spaceloft با ضخامت ۵/ ۳ میلیمتر به ابعاد ۱ متر مربع در شرکت Aspen همراه با ریزش غبار آئروژلی دارای قیمتی بالاتر از ۷۰ دلار است. با افزایش ضخامت نمونه به ۱۰ میلیمتر، قیمت آن ۵۰ دلار افزایش خواهد یافت. همچنین، یک نمونه بلانکت آئروژلی ThermalWrap به ابعاد ۱ مترمربع در شرکت Cabot بدون ریزش غبار، دارای قیمت حدودی ۳۲۰ دلار است. محصول حاصل از این طرح می‌تواند با قیمتی بسیار پایین‌تر برای نخستین بار در ایران و جهان عرضه شود. این طرح که از سوی ستاد ویژه توسعه فناوری به‌عنوان یک طرح نوآورانه فناوری نانو معرفی شده است، می‌تواند با جذب سرمایه و مشارکت سرمایه‌گذاران به تولید صنعتی و انبوه برسد.
مزایای طرح
- عایق صوت و حرارت به صورت همزمان
- افزایش طول عمر محصول به دلیل آبگریزی
- استفاده از یک روش کاربردی متفاوت با روش‌های پیشین برای ایجاد یک بلانکت آئروژلی انعطاف‌پذیر
- در نظر گرفتن شیوه تولید متناسب با ماشین‌آلات موجود در کارخانه‌های نساجی کشور
- رفع مشکل ریزش غبار بلانکت عایق آئروژلی
- امکان رشد عرضی محصول در سطح وسیع و با کاربردهای متنوع
کاربردهای طرح
ساختمان: عایق‌بندی صوت و گرمای درون ساختمان (مورد استفاده در کف، سقف، زیر کفپوش، دیوارها، پمپ‌های ساختمانی و... )
خودروسازی: عایق‌بندی صوت و گرمای درون اتومبیل (مورد استفاده در کف، سقف، کفپوش‌های داخل خودرو و... )
دیگر صنایع: عایق‌بندی صوت و گرمای وسایل داخل کارخانه‌ها، مورد استفاده در اتاقک‌های ضدصوت ساخته شده در اطراف وسایل پرصدا، مورد استفاده در وسایل و پوشاک زمستانه کوهنوردی و...
طرح‌های نوآورانه فناوری نانو
ستاد ویژه توسعه فناوری نانو برای حمایت از تجاری‌سازی و ایجاد ثروت و کارآفرینی در کشور برنامه حمایتی Nanomatch را به اجرا درآورده است. این برنامه حمایتی فرصتی را در اختیار پژوهشگران، فناوران و بخش‌های خصوصی قرار می‌دهد تا دستاوردهای نوآورانه را آماده ورود به چرخه صنعت کنند. آسان‌سازی و سرعت بخشیدن در فرآیند تجاری‌سازی محصولات و دستاوردها، نمایش محصولات و جذب سرمایه‌گذار و همچنین بهره‌مندی از خدمات و تسهیلات و مشاوره در زمینه‌های مختلف تجاری‌سازی از مهم‌ترین اهداف این برنامه حمایتی به‌شمار می‌آید.
برنامه حمایتی Nanomatch در طول سال دو بار اقدام به فراخوان طرح‌های علاقه‌مندان می‌کند. طرح‌های دریافتی با ۴ رویکرد تجاری، فنی، نانویی و نوآوری مورد بررسی و ارزیابی قرار می‌گیرد. ساخت نمونه اولیه، انطباق با تعاریف استاندارد فناوری نانو، انطباق با نیازهای کشور، برخورداری از سطح فرآوری بالا و ظرفیت مناسب بازار هدف ازجمله شرایط پذیرش در این برنامه است.
تاکنون ۳ دوره برنامه حمایتی Nanomatch از سال ۱۳۹۲ تا ۱۳۹۴ برگزار شده و تعدادی از طرح‌های پذیرفته شده با بهره‌گیری از فضای فراهم شده، امکانات، تسهیلات ارائه شده در این برنامه حمایتی موفق به جذب سرمایه‌گذار یا شروع کسب و کار شده‌اند.
بسته‌های عایق‌بندی آئروژلی
آئروژل‌ها ازجمله مواد نانوساختاری هستند که امروزه توجه بسیاری از پژوهشگران و صنایع را در کشورهای مختلف به خود جلب کرده است. آئروژل‌ها به‌دلیل داشتن تخلخل بالا، بسیار سبک بوده و مساحت بسیار بالایی دارند که آنها را برای کاربردهای فراوان به‌ویژه در صنایع هوافضا، حمل‌ونقل و ساختمان مناسب ساخته است. فرزانه شمس، کارشناس ارشد شیمی نساجی و اکبر خدامی دکترای تخصصی شیمی نساجی با همکاری یکدیگر بسته‌های عایق‌بندی آئروژلی را طراحی کرده و ساخته‌اند. این طرح نوآورانه که از سوی ستاد ویژه توسعه فناوری نانومعرفی شده، در صورت همکاری سرمایه‌گذاران، قابلیت تولید صنعتی و انبوه را دارد.
اگرچه پژوهش‌هایی با هدف استفاده از آئروژل سیلیس همراه با سازه‌های لیفی به منظور عایق‌بندی انجام شده است، با این حال، هنوز هم ریزش آئروژل از روی الیاف و نداشتن ثبات، مشکل اصلی مواد ترکیب شده با آئروژل است.
در این طرح، برای نخستین بار برای تولید عایق‌های آئروژلی، امکان حبس فیزیکی ذرات آئروژل درون منسوج پلی‌استری روکش‌شده برای تولید پاکت‌های عایق چندمنظوره در مقیاس صنعتی مورد بررسی قرار گرفت.
معرفی طرح
روش‌های ترکیب آئروژل با دیگر مواد اغلب فرآیندهای چند مرحله‌ای هستند که نیازمند استفاده از مقداری زیاد از مواد شیمیایی و انرژی است که نگرانی‌های زیست‌محیطی و سمی بودن را در پی دارد. در این طرح ذرات آئروژل به تنهایی در منسوج پلی‌استری به شیوهای مناسب استفاده شدند تا ریزش غبار آئروژلی وجود نداشته باشد و عایق‌های صوت و حرارت به‌صورت همزمان ایجاد شوند.
علت کاربرد ذرات آئروژل به صورت خالص در ساختارهای الیافی، محدودیت زیاد ترکیب آئروژل در دیگر مواد است. چگالی پایین و آبگریزی آئروژل، توزیع این مواد در محیط‌های آبی را مشکل می‌کند. استفاده از حلال‌های فرار به‌عنوان جایگزینی برای آب نیز به واسطه قوانین حفظ محیط‌زیست دارای محدودیت است. افزون بر آن، نفوذ مواد ترکیب شده با آئروژل به درون حفره‌های این ماده متخلخل، عملکرد عایق‌بندی آئروژل را تحت تاثیر قرار می‌دهد.
به همین منظور از یک پارچه روکش شده برای رفع مشکل ریزش آئروژل استفاده شد. محصول حاضر با توجه به کاربرد نهایی، دارای عملکرد صوتی یا حرارتی مطلوب است.
مزایای طرح
-پاکت‌های عایق با ابعاد دلخواه و میزان عایق‌بندی متناسب با شرایط کاربردی
- توانایی ایجاد عایق صوت و حرارت به صورت همزمان
-توانایی ایجاد آبگریزی متناسب با شرایط کاربردی
-استفاده از یک روش کاربردی متفاوت و جدید برای حفظ ساختار ضعیف آئروژل
-رفع مشکل ریزش غبار آئروژلی در ترکیب یا ساختارهای الیافی
کاربردهای طرح
وسایل و پوشاک زمستانه کوهنوردی، پوشش‌های محافظ انعطاف‌پذیر مانند بالش و تشک، استفاده در کیسه خواب در شرایط آب‌وهوایی سرد.