ایده آجرهای توخالی پرشده با "هواژل"

آجرهایی توخالی که با استفاده از ماده اعجاب انگیز هواژل پر شده‌اند، برای عایق‌بندی بسیار عالی اما گران هستند.

کد خبر: ۱۹۶۴۷۴

تاریخ: ۲۸ دی ۱۳۹۶ - ۱۰:۲۸

به گزارش ایران اکونومیست به نقل از گیزمگ، چرا با اضافه کردن یک لایه عایق به دیوار آجری به زحمت بیفتیم، در حالیکه می‌توانیم آن دیوار را با آجرهای توخالی که با عایق پر شده‌اند، بسازیم؟

این تفکری است که پشت آجرهای پرشده با هواژل شامل موادی مانند پرلایت، پشم سنگ یا پلی استایرن است.

پرلایت  نوعی سنگ آتشفشانی با ترکیب اسیدی تا حد واسط است که در محیط آب یا مرطوب تشکیل می‌شود. پرلایت دارای بافت شیشه‌ای است و به سبب همراه داشتن آب، اشکال کروی در آن ایجاد شده است. میزان آب همراه پرلایت در حدود 2 تا 5 درصد است.

پشم سنگ نیز عایق حرارتی و صوتی با تحمل دمای 750+ درجه سانتیگراد و نقطه ذوب 1300+ درجه است. تحمل برودتی آن هم 30- درجه سانتیگراد است. پشم سنگ و سرباره دارای ضریب انتقال حرارتی بسیار کم بوده و قدرت عایقی آن 33 برابر دیوار بتنی و 22 برابر دیوار آجری است.

پلی‌استایرن هم یک پلیمر مصنوعی معطر از مونومر استایرن (یک ماده پتروشیمی) می‌باشد که در سه نوع معمولی، مقاوم و انبساطی وجود دارد.

در حال حاضر دانشمندان سوئیسی گروه تحقیقاتی "امپا"(Empa) ادعا می‌کنند با استفاده از یک نوع هواژل، آجری عایق‌بندی شده ایجاد کرده اند.

هواژل‌ها مواد ساخته شده از ژل هستند که در آن مولفه مایع ژل با گاز جایگزین شده است. علاوه بر داشتن وزن بسیار سبک، دارای ویژگی‌های عایق بسیار بالایی هستند که به استفاده از آنها در محصولاتی مانند پوشاک کمک می‌کند.

هواژل یک ماده تولیدی است که کمترین چگالی را در میان مواد جامد دارد. در ابتدا فرض بر منفی بودن وزن این ماده بود، ولی با تحقیقات بیشتر متوجه وزن بسیار ناچیز آن شدند.

این ماده از یک ژل به دست می‌آید که در آن قسمت مایع ژل با گاز جایگزین می‌شود. نتیجه این فرایند ماده‌ای جامد با چگالی بسیار کم و در عین حال، ویژگی قابل‌توجه در زمینه عایق گرمایی است.

هواژل در فرهنگ عامه مردم تحت نام‌های دیگری هم‌چون دود منجمد، دود جامد، هوای جامد یا دود آبی نیز شناخته می‌شود که این نام‌گذاری‌ها به دلیل ظاهر شفاف و نیز نحوه پخش نور در این ماده است.

هواژل برای نخستین بار توسط "ساموئل استفان کیستلر" در سال 1931 ساخته شد و تولید آن بر اساس یک شرط‌بندی برای جایگزین کردن قسمت مایع ژله خوراکی با گاز، بدون آن که ساختار ژله در هم بشکند، بود.

فرایند تولید هواژل شامل استخراج بخش مایع ژل با استفاده از روش خشکاندن فوق بحرانی می‌باشد. با استفاده از این روش مایع به آهستگی از درون شبکه جامد ژل خارج می‌شود بدون آنکه به این شبکه آسیبی برسد و در اثر نیروی مویینگی در هم بشکند.  مثلا ژله خوراکی در اثر تبخیر معمولی دچار درهم‌شکستگی ساختار شبکه جامد می‌شود.

نخستین نمونه‌های هواژل از ژل اکسید سیلیسیم ساخته شدند و هواژل سیلیسی نامیده شدند. بعدها، "کیستلر" هواژل‌هایی با پایه اکسید آلومینیم، کروم و قلع ساخت.

هواژل‌های کربنی در اواخر دهه 80 میلادی ساخته شدند.

هواژل، سبک‌ترین ماده جامد شناخته شده در جهان است که چگالی سبک‌ترین نمونه ساخته شده از آن، تنها سه برابر هوا است.

ویژگی‌های منحصربه‌فرد این ماده آن را به یکی از پرکاربردترین مواد به کار رفته در ماموریت‌های فضایی تبدیل کرده است. به عنوان نمونه، مسئولان ناسا از هواژل به منظور جلوگیری از یخ‌زدگی ربات مریخ‌نورد در شب‌های سیاره مریخ استفاده کردند.

همچنین این ماده برای گردآوری ذرات کیهانی در فضا بسیار مناسب است و در جریان ماموریت "استارداست" از آن برای جمع‌آوری مواد موجود در هاله پیرامون دنباله‌دار "وایلد-2" استفاده شد.

در مطالعه "امپا"، "جنیس ورنری" سرپرست محققان و تیمش یک خمیر را توسعه دادند که از ذرات هواژل تشکیل شده بود و به راحتی می‌توانست در فضای خالی آجر سفالی معمولی رخنه کرده و آن را عایق‌بندی کند.

آجرهایی که با پرلایت پر شده بودند، در مقایسه با این به اصطلاح "هواآجرها"(aerobricks) همان ساختار  را داشتند اما ضخامت عایق شده حدود یک سوم کمتر بود.

این بدان معنی است که برای دستیابی به عایق‌بندی مشابه، دیوار ساخته شده از آجر پرشده با پرلایت در مقایسه با هواآجرها حدود 35 درصد ضخیم‌تر خواهد بود.

این تفاوت در مقایسه هواآجرها با آجرهای معمولی بیشتر دیده شد، جایی که گرما تا هشت برابر بهتر عایق‌بندی شد.

طبق گفته گروه "امپا"، این بدین معنی است که در ساخت دیوارهایی با اثر مشابه، دیوار ساخته شده از آجرهای معمولی باید تقریبا دو متر ضخامت داشته باشند، در حالی که دیواری که با هواآجر ساخته شود، تنها 20 سانتی‌متر ضخامت خواهد داشت.

با این حال نکته اینجاست که هواژل مورد استفاده در هواآجرها در حال حاضر بسیار گران هستند، به طوری که هر یک متر مربع از آن حدود 521 دلار هزینه در بر خواهد داشت.

با این وجود محققان امیدوارند که با پیشرفت تکنولوژی، قیمت هواآجرها کاهش پیدا کند و این ماده تبدیل به یک مصالح ساختمانی رایج شود.