Aerogel tech

1. Projeto e Fabricação de um
Fibra Aquecida Joule-‐
Aerogel de Carbono Reforçado
para Insula.on
Equipe Aerogel de Carbono
Stephen Barbagallo | Ellen Cesewski | Naveed Chowdhury
José Langreo | Colin Qualters | Nathaniel Schreiber
Traduzido do Inglês para o Português - www.onlinedoctranslator.com

2. Mo.va.on e plano de fundo
• Roupas para clima frio (por exemplo, ECWS)
• Reduzir camadas/adicionar camada ativa
• Aerogéis bem conhecidos por baixas
condutividades térmicas e densidade
• Nova aplicação em
isolamento ac.ve leve
• Aerogéis de sílica caracteristicamente
briNle
• Aerogéis de carbono podem ser processados
de forma flexível e condutiva
– Existem inúmeras metodologias de
processamento com propriedades finais
variadas
– Pode ser possível aquecer um joule
tecido de aerogel para melhorar o
desempenho em climas frios
O material mais leve do mundo, uma possível solução para problemas
pesados [arquivo de vídeo]. (2013, 15 de maio) Obtido em hEps://youtu.be/
3bIXUBXj070
1

3. Alvo propriamente dito
…Qual processo/propriedade
relacionamentos faz o
literatura descreve?
Flexível
Reduzido
Grafeno
Óxido
Fibra de carbono
RF reforçada
Aerogel
?
Eletricamente
Condu.ve
Termicamente
Isola.ng
Pirólise RF
2

4. Perguntas de pesquisa
Microestrutura
(i) Qual é a relação entre o
conteúdo de fibra de carbono
e a condutividade elétrica?
Elétrico
Próprio.es
(ii) Um aerogel de carbono reforçado
com fibra de carbono pode ser aquecido
por Joule para melhorar o desempenho
em climas frios?
Térmico
Desempenho
(iii) Como tal aerogel
seria fabricado, se
possível? Prever Relação Processo/Propriedade
3

5. Modelagem de Microestrutura
AssumpJons Abordagem
• Microestrutura 2-D 1. Defina Fibras
– Produz uma resistência de folha
a. Gere um ponto star.ng
aleatório
• Geometria da fibra fixa
• A distribuição dos poros é uniforme em todo o
aerogel
b. Gere endpoint como
função de orienta.on
eu. Gere um ângulo aleatório
ii. Determine x,y final, com base no
comprimento fixo da fibra
2. Preencha uma malha de pontos de
aerogel ao redor das linhas
3. Defina pontos e linha
– Azul é aerogel de carbono
– Vermelho é fibra de carbono
4

6. Modelagem de Propriedades Eletrônicas
AssumpJons Abordagem
• Varreduras de linha discreta
Modelo de Circuito Equivalente
– Neutralize o problema de continuidade 2-D
• Sem tunelamento através dos poros 1. Considere cada linha ver.cal como
um resistor paralelo
• O tunelamento entre fibras pode ser
modelado como uma resistência de contato
2. Encontre a resistência em cada
varredura de linha (Equação 1a e 1b)
3. Soma as resistências no circuito
paralelo(EquaJon 2)
EquaJon 2
4. Propagação do conteúdo
resis.vity -‐vs-‐fibra
EquaJon 1a
EquaJon 1b
5

7. Modelagem de desempenho térmico
R x
AssumpJons Abordagem
• Geometria Corporal 1. Contabilize o calor no corpo atualmente
– Altura 'h' = 1,83m
– Raio 'r' = 13cm
– Massa 'm' = 90,72kg
– Isolamento.ng Espessura 'x'
h
2. Conta para fluxos
a. Fora
• Considere apenas a condução
– Condutividade Térmica 'k' = 0,072 W/m-‐K b. Em
2400kcal/diaà-116W
• Suponha que qualquer calor joule entre no corpo
• Todos os fluxos são constantes em toda a superfície
eu. Controle da Homeostase
c. 'Fluxo de Joule'
• Simulação realizada em
temperatura ambiente
3. Iterar através de 0:dt:tf
a. Fluxos de Soma
b. Verifique Tcorpo
6

8. Resultados de modelagem
A espessura da isolação CriQcal é de
aproximadamente 12,5 cm a -‐60 graus
Fahrenheit
Fahrenheit
7

9. Resultados de modelagem
ResisQvidade em função do volume da fibra de carbono
fração.
8

10. Síntese Idealizada
-‐ Secador Supercri.cal
-‐ Vácuo para impregnação de fibras PAN
-‐ Forno para carbonização
Restrições de processamento atuais
9

11. Metodologias de Processamento
√
10

12. Síntese Realizada
● Misture água DI, resorcinol, formaldeído e carbonato de sódio ó
W/R = 90, R/C = 481, F/R = 2,008
● Impregnar Pyron®Fibraspara criação de compósitos
● Aquecer a 50 C por 1 dia, 95 C por 2 diaspara que gelaQon ocorra
● Secagem ambiente e liofilização de aerogel de carbono ó
Liofilização para caracterização em .me e secagem ambiente como prova
de conceito Troca de solvente +
Secagem Ambiente
Solução RF + Na2CO3 Impregnar fibras PAN Gela Jon
Liofilização CARBONIZAR?
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13. Trabalho futuro
Modelagem Elétrica Modelagem Térmica
• Considere uma microestrutura 3-D • Considere o efeito do conteúdo de fibra em 'k'
• Considere a mobilidade de elétrons 2-‐D e 3-‐D • Considere as perdas radiativas e
convectivas
• Considere os efeitos da temperatura na
mobilidade dos elétrons • Considere os efeitos da temperatura nas
propriedades térmicas
Síntese de Aerogel CaracterizaçãoJon
• Amostras supercriamente secas em CO líquido2 • Confirme a condutividade térmica por meio
de calorimetria de varredura diferente
• Carbonizar a 1000C em N2
ambiente • Confirme a resistência através de medições de
sonda de 4 pontos
• Considere a variedade de geometrias e
conteúdos de fibra
• Execute testes fa.gue para quantificar a
flexibilidade
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14. Conclusões
• Criou um modelo teórico de resistividade elétrica em função do conteúdo de
fibra de carbono
• Desempenho térmico modelado por meio de perdas de calor condutivas para quantificar o
desempenho
• Efeitos de Joule Hea.ng encontrados insubstanciais na geometria atual
– Ainda pode encontrar aplicação em diferentes geometrias
• Processo projetado para síntese de aerogel idealizado
– Não é possível realizar a síntese devido a ferramentas de processamento inacessíveis
– Caracterização não é possível no momento
Perguntas?
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15. Aux - Tunelamento entre aerogel
e fibras

16. Aux – Tunelamento através dos poros
E > V0
E = V0

17. Diagrama de Circuito Equivalente Aux
Diagrama de circuito equivalente para o composto CFCA com largura de dois
colunas/linhas. R (túnel f para a) é a resistência ao túnel da
fibra ao aerogel e R (túnel a f) é a resistência ao túnel
do aerogel à fibra.