Synthesis and characterization of silica aerogels as novel thermal insulation materials– experimental and computational determination of thermal conductivity
Yükleniyor...
Dosyalar
Tarih
2021
Yazarlar
Dergi Başlığı
Dergi ISSN
Cilt Başlığı
Yayıncı
Ege Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü
Erişim Hakkı
info:eu-repo/semantics/openAccess
Özet
This thesis project aims to produce silica aerogels as a potential thermal insulation material in a lightweight, durable, monolithic and hydrophobic structure. For this purpose, three different approaches for the synthesis of silica aerogels by sol-gel method under ambient conditions were investigated. These approaches are; the incorporation of drying controlling agent, hydrophobization of the silica surface by silylation and synthesis of in-situ hydrophobized aerogels by co-gelation method. Among these approaches, the aerogels produced by co-gelation method exhibited a light and monolithic structure (p= 0.092 p⁄cm3, φ= 95.8%), high thermal resistance (700oC) and hydrophobic properties (Ф> 120°). The thermal insulation performances of the produced aerogels were revealed by experimental measurements (λ = 42 − 47mW⁄mK) and it was seen that the obtained results could compete with their counterparts in the literature. The heat transfer mechanisms in aerogels were investigated with theoretical models. It was concluded that the dominant transfer mechanism was related to the material density and microstructure. It was determined that the dominant transfer mechanism is the gaseous heat conduction in low density aerogels and solid conduction in high density aerogels. It was also concluded that the coupling mode has a direct effect on the prediction accuracy in thermal conductivity calculations.
Bu tez projesi, silika aerojellerin, potansiyel bir ısı yalıtım malzemesi olarak hafif, dayanıklı, monolitik ve hidrofobik bir yapıda üretimine yönelik yenilikçi bir yaklaşım geliştirmeyi hedeflemektedir. Bu amaçla silika aerojellerin ortam koşullarında sol-jel yöntemiyle sentezine ilişkin üç farklı yaklaşım incelenmiştir. Bu yaklaşımlar; kurutma sırasında kontrol ajanı ilavesi, silika yüzeylerinin sililasyonla hidrofobik hale getirilmesi ve kendiliğinden hidrofobik aerojellerin eşjelleşme yöntemiyle sentezlenmesidir. İzlenen farklı yaklaşımlar arasından eşjelleşme yöntemiyle üretilen aerojellerin hafif ve monolit yapı (p= 0.092 g⁄cm3, φ= 95.8%), yüksek termal dayanım (700oC) ve hidrofobik özellik (Ф> 120°) gösterdiği görülmüştür. Üretilen aerojellerin ısıl yalıtım başarımları deneysel ölçümlerle ortaya çıkarılmış (λ= 42 − 47mW⁄mK) ve sonuçların literatürdeki muadilleri ile rekabet edebilecek düzeyde olduğu görülmüştür. Aerojel içindeki ısı transfer mekanizmaları teorik modellerle incelenmiştir ve baskın transfer mekanizmasının malzeme yoğunluğu ve mikroyapısı ile ilişkili olduğu sonucuna varılmıştır. Düşük yoğunluklu aerojellerde gaz ısı iletiminin, yüksek yoğunluklu aerojellerde ise katı iletiminin baskın mekanizma olduğu belirlenmiştir. Ayrıca, termal iletkenlik hesaplamalarında birleştirme modunun tahmin doğruluğu üzerinde doğrudan bir etkiye sahip olduğu sonucuna varılmıştır.
Bu tez projesi, silika aerojellerin, potansiyel bir ısı yalıtım malzemesi olarak hafif, dayanıklı, monolitik ve hidrofobik bir yapıda üretimine yönelik yenilikçi bir yaklaşım geliştirmeyi hedeflemektedir. Bu amaçla silika aerojellerin ortam koşullarında sol-jel yöntemiyle sentezine ilişkin üç farklı yaklaşım incelenmiştir. Bu yaklaşımlar; kurutma sırasında kontrol ajanı ilavesi, silika yüzeylerinin sililasyonla hidrofobik hale getirilmesi ve kendiliğinden hidrofobik aerojellerin eşjelleşme yöntemiyle sentezlenmesidir. İzlenen farklı yaklaşımlar arasından eşjelleşme yöntemiyle üretilen aerojellerin hafif ve monolit yapı (p= 0.092 g⁄cm3, φ= 95.8%), yüksek termal dayanım (700oC) ve hidrofobik özellik (Ф> 120°) gösterdiği görülmüştür. Üretilen aerojellerin ısıl yalıtım başarımları deneysel ölçümlerle ortaya çıkarılmış (λ= 42 − 47mW⁄mK) ve sonuçların literatürdeki muadilleri ile rekabet edebilecek düzeyde olduğu görülmüştür. Aerojel içindeki ısı transfer mekanizmaları teorik modellerle incelenmiştir ve baskın transfer mekanizmasının malzeme yoğunluğu ve mikroyapısı ile ilişkili olduğu sonucuna varılmıştır. Düşük yoğunluklu aerojellerde gaz ısı iletiminin, yüksek yoğunluklu aerojellerde ise katı iletiminin baskın mekanizma olduğu belirlenmiştir. Ayrıca, termal iletkenlik hesaplamalarında birleştirme modunun tahmin doğruluğu üzerinde doğrudan bir etkiye sahip olduğu sonucuna varılmıştır.
Açıklama
Anahtar Kelimeler
Silica Aerogel, Sol-Gel Method, Morphology, Hydrophobicity, Thermal Insulation, Thermal Conductivity, Silika Aerojel, Sol-Gel Yöntemi, Morfoloji, Hidrofobiklik, Termal Yalıtım, Isıl İletkenlik
