Г.Саран, ШУТИС-ийн Материал судлалын төвийн захирал, дэд профессор, доктор (Ph.D), 

Р.Долгоржав, ШУТИС, Хэрэглээний шинжлэх ухааны сургуулийн ХИС-ын багш, МУ-ын мэргэшсэн инженер

Барилгын эрчим хүчний хэмнэлтэд тавигдах шаардлага нэмэгдэж байгаа тул илүү сайн тусгаарлагч материалыг боловсруулж байна. Энэ зорилгоор нанотехнологийг ашиглаж эхэлжээ. Нанотехнологийг ашиглаж гарган авсан тусгаарлагч материалуудын нэг бол аэрогель гэж нэрлэгддэг материал бөгөөд энэхүү материал нь бага хэмжээний материалаар сайн дулаан тусгаарлалтыг хийх боломжийг олгодог байна. Аэрогель нь ихэвчлэн аморф цахиурын давхар ислээс гарган авсан 90 гаруй хувь сүвэрхэг  бүтэцтэй хатуу бодис ажээ. 

Аэрогелийг (наногель гэж нэрлэх тохиолдол бий) гель маягийн бодисыг өндөр температурт, эсвэл өндөр даралтаар шингэн хэсгийг ялган авсанаар гарган авдаг аж. Үүний үр дүнд шингэний оронд хийгээр дүүрсэн нүх сүв үүсдэг байна. Энэ нь тусгаарлах чадвар өндөртэй ер бусын хөнгөн материал бөгөөд өөртөө нано хэмжээст нүх сүвийг агуулдаг тул нано хөөс гэж нэрлэгддэг. 

Энэхүү материалыг гарган авахад цахиур мэтийн силикатууд, хөнгөнцагаан ба хромын ислүүд болон нүүрстөрөгчийн нэгдлүүдийг ашигладаг ажээ. Эдгээр бодисуудын алийг нь ашиглаж байгаагаас хамааран аэрогелийн тусгаарлагч шинж чанар нь ялгаатай байна.

Зураг 2. Швейцарийн Fixit үйлдвэрлэгч нь аэрогель мөхлөгүүдээр баяжуулсан дулаан тусгаарлагч зуурмагийг гарган авч зах зээлд нийлүүлсэн анхны компаниудын нэг 

Аэрогель нь бараг тунгалаг, гэрэл нэвтрүүлдэг, температурт тогтвортой материал бөгөөд жинтэйгээ харьцуулахад өндөр даралт тэсвэрлэдэг онцлогтой бөгөөд бараг бүхэлдээ нүх сүвээс бүрддэг. Нүх сүвний хэмжээ нь нанометрийн хязгаарт байдаг ба дотоод гадаргуугийн талбай нь 1 грамм тутамд 1000 м2 хүртэл байх боломжтой гайхалтай материал юм. Үүний зэрэгцээ аэрогелийн нүх сүв дэх хийн молекулуудын туулах замын урт нь нүх сүвний хана хоорондын зайнаас хамаагүй их байдаг учраас аэрогелийн дулаан тусгаарлах нөлөө нь хийн бууруулсан дулаан дамжуулалтад суурилсан байдаг. Энэ нь молекулын мөргөлдөөнөөр дулаан дамжуулахаас сэргийлдэг. Эдгээр шинж чанарууд нь аэрогелийг нимгэн давхаргаар өндөр тусгаарлах шаардлагатай газарт ашиглах боломжийг олгодог байна.

Зураг 3. Аэрогелийн нарийн нүх сүвэнд хаагдсан агаарын молекулууд шүргэлцэх боломжгүй тул дулаан дамжуулах боломжгүй

1 дүгээр хүснэгтээр аэрогелийн зарим нэг үзүүлэлтүүдийг харууллаа.

Хүснэгт 1. Аэрогелийн зарим нэг үзүүлэлтүүд

Аэрогелээс хавтан, гранулат, дэвсгэр, холбогч элемент зэрэг дулаан тусгаарлах материал гарган авахын тулд янз бүрийн аргыг ашигладаг. Бидний мэддэг полистирол хөөсөнцөр нь уян хатан биш учраас амархан хугардаг бол аэрогель хавтан нь уян налархай материал тул барилгын ханан дээр арьс шиг л наалддаг. 90% хүртэл нүх сүвтэй учраас дулаан тусгаарлах материалыг зузаан үеэр дэвсэх шаардлагагүй. Энэ нь барилгын дотор болон гадна хэмжээс бараг өөрчлөгдөхгүй гэсэн үг юм. Үүний зэрэгцээ нано хэмжээст нүх сүвээс бүрдсэн учраас дуу тусгаарлалт маш сайтай. Гидрофоб шинж чанартай тул ус татдаггүй боловч усны уурыг нэвтрүүлдэг амьсгалдаг материал байна. Өөрөөр хэлбэл чийглэгээс шалтгаалж дуу, дулаан тусгаарлах чанар нь буурдаггүй. Тусгаарлагч материалын аэрогель нь тусгаарлагч дэвсгэр хэлбэрээр байдаг. Дэвсгэр нь хөшүүн шөрмөслөг бүтэц эсвэл утсархаг бүтцээр холбогддог. 

Зураг 4. Аэрогель дэвсгэр

Механик уян хатан чанар сайтай тул ихэвчлэн дуу чимээ, дулаан тусгаарлах, гал түймрээс хамгаалах чиглэлээр хэрэглэгддэг. Дэвсгэр нь ихэвчлэн 12 мм хүртэл зузаантай, хуйлсан хэлбэрээр барилгын талбайд хүргэдэг. Мөн барилгын гадна фасаданд хэрэглэдэг. Тусгаарлагч дэвсгэрийг одоо 100 мм хүртэл зузаантай хавтанд дэвсэн дулаан тусгаарлах системд ашигладаг болжээ. Аэрогелийг мөн гранулат хэлбэрээр үйлдвэрлэдэг бөгөөд энэхүү бүтээгдэхүүн нь зөвхөн гидрофобик силикат аэрогельээс бүрддэг бөгөөд энэ нь 4 мм хүртэл ширхэгтэй мөхлөг хэлбэртэй байдаг. 

Зураг 5. Аэрогель гранулат

Янз бүрийн ширхэглэлтэй, оптик шинж чанартайгаар нийлүүлэх боломжтой. Барилгын салбарт давхар хэв хашмалтай ханыг дулаалах, дулаалгын гипс үйлдвэрлэхэд ашиглаж болно. Мөн перлит, хөөсөн шил зэрэг уламжлалт дулаан тусгаарлах материалтай харьцуулахад маш нимгэн үеэр шүршээд дулаан тусгаарлалт сайн хийж болох шүршдэг аэрогелийг бас барилгад хэрэглэдэг болжээ.

Зураг 6. Аэрогелийг мөн өнгөлгөөний материалтай шүршин хэрэглэх боломжтой

Мэдээж хэрэг аэрогелийг дулаан тусгаарлагч хавтан гарган авахад мөн хэрэглэнэ.

Зураг 7. Аэрогель хавтан

Аэргелийн хавтанг дэвсгэрийг олон үеэр хооронд нь нааж гарган авдаг тул түүнтэй харьцуулахад хөшүүнжилт сайтай, илүү зузаан болдогоороо  дэвсгэрээс ялгаатай байна.

Аэрогелийн гранулатаас шохой, эсвэл цементэн барьцалдуулагчтай өнгөлгөөний зуурмаг гарган авдаг бөгөөд энэ нь ердийн зуурмагаас дулаан тусгаарлах чанараараа хэд дахин илүү юм.

Зураг 8. Аэрогель зуурмаг

Гамбург-Харбургийн Техникийн Их Сургуулийн (TU HH) судлаачид голдуу лигнин дээр суурилсан аэрогель үйлдвэрлэж, тэдгээрийг дулаалгын хавтан гарган авсан байна.

Зураг 9. Лигнин буюу модноос гарган авсан аэрогель хавтан

Эрдэмтэд байгальд ээлтэй целлюлозын хоёр процесс болох Органосольв- ба Аквасольв процессыг хослуулан ашиглан лигнинийг гарган авахдаа модны үртэс, улаан буудайн сүрлийг ашигласан байна. Дараа нь тэд таван өөр гельжүүлэх процессийг ашиглан лигнинүүдийг аэрогель болгон хувиргасан. Хамгийн амжилттай аргуудын нэг нь 50-250 кг/м3 нягттай лигнин-полиуретаны композит аэрогелийг гарган авчээ.

Энэ төрлийн аэрогелээр хийсэн тусгаарлагч хавтан нь 24 мВт/м•К дулаан дамжуулалтын илтгэлцүүртэй байсан бөгөөд ингэснээр полистирол эсвэл чулуун хөвөнгийн тусгаарлагч шинж чанараас илт давж гарсан байна. Энэхүү дулаалгын материалыг ашигласны дараа дахин боловсруулж ашиглах боломжтой бөгөөд зөвхөн барилга байгууламжид төдийгүй хөргөх төхөөрөмж эсвэл хувцас хунарт ашиглаж болно. Хэрэглээнээс хамааран нунтаг, мөхлөг эсвэл хавтан үйлдвэрлэж болно.