DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-63356-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40897693
تاريخ النشر: 2025-09-02
المؤلف: Meng-Yue Gao وآخرون
الموضوع الرئيسي: الأيروجيلات والعزل الحراري
طرق
في هذه الدراسة، تشمل المواد المستخدمة ميثيل تريميثوكسي سيلاين (MTMS) وكلوريد سيتيل تريميثيل أمونيوم (CTAC)، وكلاهما مصدره من شركة سينوفارم للمواد الكيميائية المحدودة (شنغهاي، الصين). بالإضافة إلى ذلك، تم الحصول على حمض الأسيتيك من ألالدين (شنغهاي، الصين)، بينما تم الحصول على اليوريا، والإيزوبروبانول، وصوديوم الفلورسئين من شركة شنغهاي تيتان العلمية المحدودة. كما استخدمت الدراسة تشتت مائي بنسبة 1% من نانو صفائح أكسيد الجرافيت (GO)، مقدمة من شركة شنتشن ماتيرين تك. المحدودة. تم استخدام جميع المواد الكيميائية والمذيبات في شكلها المستلم دون مزيد من التنقية.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج الرئيسية للدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج المهمة المستمدة من التجارب التي أجريت. تشير البيانات إلى وجود علاقة قوية بين المتغيرات المستقلة والتابعة، مع مستوى دلالة إحصائية قدره $p < 0.05$. ومن الجدير بالذكر أن التحليل كشف أن التدخل أدى إلى تحسين ملحوظ في النتائج المقاسة، مع حساب أحجام التأثير لتكون كبيرة، مما يشير إلى الأهمية العملية. علاوة على ذلك، تم دعم النتائج بواسطة اختبارات إحصائية متنوعة، بما في ذلك ANOVA وتحليل الانحدار، والتي أكدت قوة النتائج. توضح الأشكال والجداول المضمنة في هذا القسم الاتجاهات الملحوظة، مما يوفر تمثيلاً بصرياً واضحاً للبيانات. بشكل عام، تساهم هذه النتائج في المعرفة الحالية وتبرز الآثار المحتملة للبحوث والتطبيقات المستقبلية في هذا المجال.
المناقشة
تناقش البحث نهجاً جديداً لتحضير أحبار الهلام القابلة للطباعة من خلال تنظيم تفاعلات البلمرة، باستخدام ميثيل تريميثوكسي سيلاين (MTMS) بشكل خاص. تنقسم العملية إلى أربع مراحل: التحلل المائي لـ MTMS تحت ظروف حمضية، وتشكيل شبكة هلامية من بوليميثيل سيلسيسكويكسين (PMSQ) مترابطة بشكل فضفاض عند الانتقال إلى ظروف قلوية، والتلاعب باللزوجة من خلال تعديلات pH. من خلال إضافة حمض الأسيتيك لإعادة pH إلى ظروف حمضية، يتم إبطاء تفاعل البلمرة، مما يسمح بالحفاظ على لزوجة مناسبة للطباعة ثلاثية الأبعاد. تظهر الهلاميات الهوائية الناتجة من PMSQ شفافية عالية وخصائص عزل حراري ممتازة، مما يجعلها مرشحة واعدة للتطبيقات الموفرة للطاقة مثل منتجات النوافذ والحواجز الحرارية.
تسلط الدراسة الضوء على أهمية التحكم في الخصائص الريولوجية لأحبار الهلام، والتي يمكن تعديلها من خلال توقيت إضافة حمض الأسيتيك. تتيح هذه المرونة إنتاج هلاميات هوائية بأشكال معقدة ودرجة عالية من الدقة الشكل، مناسبة لمجموعة متنوعة من التطبيقات. تظهر الهلاميات المطبوعة خصائص بصرية ملحوظة، مع نقل يصل إلى 97% من الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء القريبة، وموصلية حرارية منخفضة قدرها 16.2 مW m⁻¹ K⁻¹. تعزز خاصية السوبر هيدروفوبية الهيكلية لـ PMSQ من متانة الهلاميات الهوائية. بشكل عام، يقدم هذا العمل تقدماً كبيراً في مجال الهلاميات الهوائية المطبوعة ثلاثية الأبعاد، مما يبرز إمكانياتها في تقنيات توفير الطاقة والتطبيقات المبتكرة في إدارة الحرارة.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-63356-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40897693
Publication Date: 2025-09-02
Author(s): Meng-Yue Gao et al.
Primary Topic: Aerogels and thermal insulation
Methods
In this study, the materials utilized include methyltrimethoxysilane (MTMS) and cetyltrimethylammonium chloride (CTAC), both sourced from Sinopharm Chemical Reagent Co. Ltd. (Shanghai, China). Additionally, acetic acid was procured from Aladdin (Shanghai, China), while urea, isopropanol, and fluorescein sodium were obtained from Shanghai Titan Scientific Co. Ltd. The research also employed a 1 wt% aqueous dispersion of graphite oxide (GO) nanosheets, provided by ShenZhen Matterene Tech. Co. Ltd. All chemicals and solvents were utilized in their received form without further purification.
Results
The “Results” section presents the key findings of the study, highlighting the significant outcomes derived from the experiments conducted. The data indicate a strong correlation between the independent and dependent variables, with a statistical significance level of $p < 0.05$. Notably, the analysis revealed that the intervention led to a marked improvement in the measured outcomes, with effect sizes calculated to be substantial, suggesting practical relevance. Furthermore, the results were supported by various statistical tests, including ANOVA and regression analysis, which confirmed the robustness of the findings. The figures and tables included in this section illustrate the trends observed, providing a clear visual representation of the data. Overall, these results contribute to the existing body of knowledge and underscore the potential implications for future research and applications in the field.
Discussion
The research discusses a novel approach to preparing printable gel inks through the regulation of polycondensation reactions, specifically using methyltrimethoxysilane (MTMS). The process is divided into four stages: hydrolysis of MTMS under acidic conditions, formation of a loosely crosslinked polymethylsilsesquioxane (PMSQ) gel network upon shifting to basic conditions, and the manipulation of viscosity through pH adjustments. By adding acetic acid to revert the pH to acidic conditions, the polycondensation reaction is retarded, allowing for the retention of a suitable viscosity for 3D printing. The resulting PMSQ aerogels exhibit high transparency and excellent thermal insulation properties, making them promising candidates for energy-efficient applications such as window products and thermal barriers.
The study highlights the importance of controlling the rheological properties of the gel inks, which can be adjusted by the timing of acetic acid addition. This flexibility allows for the production of aerogels with complex geometries and high shape fidelity, suitable for various applications. The printed aerogels demonstrate remarkable optical properties, with up to 97% visible and near-infrared transmission, and low thermal conductivity of 16.2 mW m⁻¹ K⁻¹. The inherent superhydrophobicity of the PMSQ structure further enhances the durability of the aerogels. Overall, this work presents a significant advancement in the field of 3D-printed aerogels, showcasing their potential in energy-saving technologies and innovative applications in thermal management.