Các vi cầu thủy tinh rỗng (HGM), như một chất độn trong vật liệu composite, đã được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như lớp phủ và sơn, vật liệu đặc biệt, và khai thác tài nguyên do cấu trúc rỗng, nhẹ, cách nhiệt và các đặc tính ổn định về mặt hóa học của chúng. Trong những năm gần đây, trong ngành sơn, các nhà nghiên cứu đã giải quyết đáng kể các thách thức như khả năng tương thích giao diện kém và cường độ liên kết giao diện yếu giữa HGM và ma trận nhựa thông qua các công nghệ biến tính. Những tiến bộ này đã dần dần giảm thiểu các khuyết tật khác nhau trong lớp phủ tăng cường HGM, dẫn đến phạm vi ứng dụng ngày càng rộng hơn và các đặc tính hiệu suất vượt trội hơn. Bài viết này sẽ phân tích ngắn gọn các ứng dụng đa dạng của các vi cầu thủy tinh rỗng trong lĩnh vực sơn và khám phá triển vọng tương lai của chúng.
Lớp phủ cách nhiệt
HGM có mật độ thấp và có tính lưu động cao. Nó cũng có độ dẫn nhiệt thấp. Do những đặc điểm này, nó đóng vai trò là chất độn quan trọng trong vật liệu composite cách nhiệt. Hình dạng hình cầu rỗng nhỏ của nó làm thay đổi cách ánh sáng di chuyển khi nó chiếu vào lớp vỏ. Điều này cải thiện khả năng tán xạ ngược và phản xạ ánh sáng của lớp phủ. Do đó, nó làm giảm năng lượng bức xạ nhiệt bên ngoài đi qua và giữ nhiệt ở bên ngoài. Ngoài ra, cấu trúc rỗng thành mỏng của HGM có độ dẫn nhiệt gần bằng không khí [0,026 W/(m·K)]. Đặc điểm này giúp giảm dẫn nhiệt hiệu quả ở cả hai mặt của lớp phủ.
Gần đây, các nhà nghiên cứu đã sử dụng HGM trong nhiều loại lớp phủ cách nhiệt khác nhau.
Hiệu quả cách nhiệt phụ thuộc vào một số yếu tố chính:
- Kích thước hạt
- Mật độ hạt
- Độ dày lớp phủ
- Số tiền đã thêm vào
Lớp phủ cách nhiệt dày hơn thường cải thiện hiệu ứng cách nhiệt của HGM. Tuy nhiên, chúng cũng có thể dẫn đến sự co ngót nghiêm trọng của lớp màng ướt khi khô, làm giảm đáng kể độ bám dính của lớp phủ. Giảm độ dày lớp phủ trong khi cải thiện độ bám dính là một thách thức chính. Chúng ta cần sửa đổi bề mặt hiệu quả và phân tán đồng đều HGM. Ngoài ra, chúng ta phải đảm bảo lớp phủ duy trì hiệu suất cách nhiệt tuyệt vời. Sự cân bằng này rất quan trọng trong nghiên cứu hiện tại.
Lớp phủ chống cháy
HGM là một vật liệu vô cơ. Nó không cháy và chống cháy. Do những đặc điểm này, nó có thể được sử dụng để tạo ra lớp phủ chống cháy. HGM hoạt động như một chất chống cháy bằng cách làm chậm quá trình truyền nhiệt. Độ dẫn nhiệt thấp của nó làm chậm nhiệt bên ngoài truyền vào bên trong. Điều này giúp làm chậm quá trình lan truyền ngọn lửa trên bề mặt lớp phủ. Do đó, nó làm giảm tốc độ phân hủy nhiệt trong chất nền. Ngoài ra, trọng lượng nhẹ của HGM làm giảm mật độ của lớp phủ chống cháy dày, không giãn nở. Điều này giúp giảm tải trọng lên các chất nền kết cấu thép.
Các nghiên cứu cho thấy lớp phủ chống cháy có HGM làm chất độn hoạt động tốt hơn lớp phủ có perlite hoặc sepiolite nở. Điều này đúng ngay cả khi thêm cùng một lượng. Các nhà nghiên cứu khác đã kết hợp HGM với chất độn. Chúng bao gồm nano-silica, microbead silica rỗng và boron carbide. Họ đã tìm ra hỗn hợp tốt nhất cho hiệu suất chống cháy. HGM trong lớp phủ chống cháy trương nở cũng ngăn không cho các chất chống cháy khác nở ra. Điều này có thể khiến lớp phủ bị bong ra và làm giảm độ bền chống cháy của nó. Do đó, khi được sử dụng làm chất độn chống cháy, HGM được sử dụng nhiều hơn trong lớp phủ chống cháy không nở.
Lớp phủ chống ăn mòn
HGM có cường độ nén mạnh và chống ăn mòn tốt. Nó cũng có hóa chất Độ ổn định. Vì vậy, nó có thể được sử dụng để tạo lớp phủ chống ăn mòn. Nó tăng khả năng chống mài mòn và va đập trong lớp phủ. Nó cũng làm giảm độ xốp. Điều này làm chậm muối và độ ẩm xâm nhập. Kết quả là, kết cấu thép tồn tại lâu hơn. Trong lớp phủ chống ăn mòn, HGM giúp bột kẽm trải đều. Hình tròn của nó giống như ổ bi. Điều này làm cho lớp phủ chảy tốt hơn. Nó ngăn chất độn lắng xuống và tăng hiệu quả của bột kẽm.
Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng việc hoán đổi một số bột kẽm cho HGM có thể cắt giảm chi phí sơn phủ. Nó vẫn đáp ứng các tiêu chuẩn chống ăn mòn, nhưng khả năng chống phun muối sẽ thấp hơn. HGM và các tác nhân làm tăng độ nhớt hoạt động tốt với nhau. Chúng ngăn bột kẽm vón cục hoặc lắng xuống. Điều này giúp giữ cho lớp phủ chống ăn mòn ổn định trong quá trình lưu trữ. HGM có cấu trúc hình cầu dương. Điều này có nghĩa là nó hấp thụ ít dầu hơn các chất độn khác. Vì vậy, nó giúp giảm độ nhớt của lớp phủ. Do đó, nó cải thiện hiệu suất thi công. HGM có thể cải thiện tính lưu động của lớp phủ. Điều này giúp bột kẽm phân tán đều. Nó cũng ngăn ngừa các vết nứt màng sơn và thúc đẩy quá trình tự sửa chữa các vết nứt đó.
Lớp phủ hấp thụ radar
Lớp phủ hấp thụ có những ứng dụng quan trọng trong vũ khí quân sự. Lớp phủ hấp thụ truyền thống thường sử dụng chất độn như ferit và bột kim loại. Những vật liệu này rất đặc, khiến cho việc giảm trọng lượng của vũ khí và thiết bị trở nên khó khăn. HGM không tự hấp thụ. Tuy nhiên, nếu bạn mạ nó bằng các kim loại như Ag, Ni, Co hoặc Cu, nó sẽ trở thành vật liệu hấp thụ tốt. Cấu trúc rỗng của HGM có thể phản xạ sóng điện từ nhiều lần. Kim loại trên bề mặt của nó tạo ra tổn thất trễ và tổn thất cộng hưởng sắt từ. Sự kết hợp này có hiệu quả cung cấp khả năng che chắn điện từ.
Các nghiên cứu hiện tại cho thấy rằng mạ kim loại hóa học trên HGM chủ yếu nhằm mục đích tạo ra chất hấp thụ. Rất hiếm khi thấy nó được sử dụng làm chất độn hoặc chất kết dính cho lớp phủ hấp thụ. Phủ HGM bằng kim loại hoặc ferit có thể cải thiện việc sử dụng nó trong lớp phủ hấp thụ. Phương pháp này nhằm mục đích tạo ra các vật liệu mỏng, nhẹ, rộng và chắc.
HGM đã có những bước đột phá đáng kể trong nghiên cứu và phát triển. Họ đã tiến bộ trong một số lĩnh vực, bao gồm lớp phủ cách nhiệt, lớp phủ chống cháy, lớp phủ chống ăn mòn và lớp phủ hấp thụ radar. HGM có những kế hoạch thú vị cho lĩnh vực lớp phủ. Họ sẽ tập trung vào việc cải thiện chất lượng chức năng. Họ cũng hướng đến mục tiêu cắt giảm chi phí sản xuất. Tối ưu hóa các phương pháp sửa đổi là một mục tiêu quan trọng khác. Thêm vào đó, họ muốn tăng cường khả năng phân tán và các đặc tính cơ học. Cuối cùng, HGM sẽ mở rộng trên thị trường lớp phủ mật độ thấp.