Multe cenosfere, multe aplicații

Deși poate nu știi, lumea modernă are multe motive să fie recunoscătoare pentru cenosfere.

Puțini oameni știu de existența lor, și mai puțini știu de unde provin. Deși o privire rapidă pe Wikipedia, sursa tuturor surselor, îi va informa pe cei neinformați că „O cenosferă este o sferă ușoară, inertă, goală la interior, realizată în mare parte din silice și alumină și umplută cu aer sau gaz inert, produsă de obicei ca produs secundar al arderii cărbunelui la centralele termice. Culoarea cenosferelor variază de la gri la aproape alb, iar densitatea lor este de aproximativ 0,4–0,8 g/cm3 (0,014–0,029 lb/cu in), ceea ce le conferă o flotabilitate excelentă.”

Totuși, acest lucru nu descrie prea bine adevărata frumusețe a acestor bile minuscule, dar puternice, de cenușă zburătoare. Adevărata lor putere constă în diversitatea utilizării lor. După cum afirmă revista franceză de industrie, Industrie & Technologies, „Datorită densității lor reduse, dimensiunilor reduse, formei sferice, rezistenței mecanice, temperaturii ridicate de topire, inerției chimice, proprietăților izolatoare și porozității reduse, microsferele [cunoscute și sub numele de cenosfere] își găsesc o gamă largă de aplicații în industrie. În special, [sunt ideale] pentru armarea materialelor sau pentru conferirea de proprietăți de rezistență la coroziune sau izolare termică și fonică acoperirilor sau vopselelor. Ele pot fi descrise ca materiale de umplutură multifuncționale și se integrează bine în rășini și lianți, cum ar fi termoplasticele și termorezistentele.”

Cenosfere în vopsele și acoperiri

Există o mare varietate de utilizări pentru cenosfere în industria vopselelor și a acoperirilor industriale, datorită calităților suplimentare pe care le oferă. De exemplu, cenosferele sunt adesea folosite în acoperiri pentru a controla radiațiile infraroșii, oferind acestor acoperiri un avantaj față de cele care încearcă doar să limiteze conductivitatea termică.

Între timp, experții în acoperiri de la Petra Buildcare Products explică modul în care cenosferele „... îmbunătățesc calitatea vopselei prin creșterea volumului și densității produsului. După aplicarea pe perete, granulele ceramice tind să se micșoreze, creând astfel o peliculă compactă pe perete.”

Cenosfere în spume sintactice

Cenosferele sunt adesea folosite pentru a produce „spume sintactice”. Acestea sunt solide specializate care utilizează cenosferele ca umplutură pentru a oferi o serie de avantaje, de la costuri mai mici, la rezistență sporită, izolare fonică, flotabilitate și protecție termică.

Experții de la Engineered Syntactic Systems descriu spuma sintactică după cum urmează;

„Porțiunea «sintactică» se referă la structura ordonată oferită de sferele goale. Termenul «spumă» se referă la natura celulară a materialului. Datorită proprietăților sale unice de rezistență ridicată la densitate scăzută, spuma sintactică a devenit utilizată pe scară largă în aplicațiile de flotabilitate submarină. Materialele sintactice sunt rezistente la efectul combinat al presiunii hidrostatice și al expunerii pe termen lung, ceea ce le face ideale pentru proiecte oceanice, cum ar fi plutirile pentru cabluri și bile dure și suportul pentru instrumente. De asemenea, oferă rezistență și integritate structurală la o greutate per volum semnificativ mai mică decât majoritatea materialelor tradiționale, ceea ce le face o alegere atractivă în multe aplicații de apărare și inginerie civilă.”

Cenosfere în forajul petrolier

Pentru a dovedi importanța necunoscută a cenosferelor, nu trebuie să căutați mai departe decât rolul vital pe care îl joacă în industria petrolieră. Deși toată lumea cunoaște importanța petrolului în lumea modernă, este un fapt puțin cunoscut faptul că cenosferele, așa cum afirmă revista franceză de industrie, Industrie & Technologies, „...sunt folosite de mai mulți ani în domeniul forajului petrolier pentru a reduce densitatea unei paste de ciment petrolier fără a crește conținutul de apă”.

Cenosfere în materiale plastice și polimeri

Cenosferele au o utilizare și în fabricarea materialelor plastice și polimerilor, deoarece forma sau rezistența lor reformabilă ajută la evitarea contracției în termoplastice și materiale plastice termorezistente.

Acestea sunt utilizate și în compozitele moderne din industria auto. De exemplu, Chevrolet Corvette din 2016 conține un „compus de turnare în foi în care microsferele de sticlă înlocuiesc umplutura de carbonat de calciu și reduc 9 kg din greutatea modelului Stingray Coupe al mașinii sport”. Vicepreședintele producătorului, Continental Structural Plastics Inc., Probir Guha, explică motivul includerii cenosferelor în compozit, spunând că „formula tipică SMC pentru acest tip de aplicație pe vehicul cuprinde 20% în volum de armătură din fibră de sticlă, 35% rășină și 45% umplutură, de obicei carbonat de calciu”, adăugând că „Acest nou SMC [compus de turnare în foi] este competitiv din punct de vedere al costurilor cu aluminiul”.

Cenosfere în beton

Ani de zile, cenosferele au fost un aditiv util pentru beton, oferind rezistență suplimentară și/sau izolație fonică, reducând în același timp densitatea. Jeff Girard, președintele Institutului pentru Blaturi de Concret, explică aceste avantaje, spunând: „În teorie, cenosferele pot înlocui o parte din nisipul de greutate normală utilizat în beton. Cenosferele au o densitate mai mică decât cea a apei (în medie 0,7 față de 1,0 în apă); particulele de nisip de cuarț au de obicei o densitate de aproximativ 2,65. Aceasta înseamnă că 450 g de cenosfere ocupă același volum absolut ca aproximativ 1,7 kg de nisip.”

Industrie & Technologies subliniază, de asemenea, utilizarea cenosferelor ca mijloc de reducere a poluării fonice, afirmând că „[Cenosferele sunt utilizate] în materialele de construcție pentru a ușura betonul, menținând în același timp o rezistență la compresiune de 30 MPa la o densitate de 1,6 T/m3, îmbunătățind etanșeitatea acestora și reducând transmisia sunetului. De exemplu, Centrul Științific și Tehnic de Nanotehnologii Aplicate din Sankt Petersburg (STCAN) este implicat în construirea de poduri cu astfel de betoane în Rusia, [pentru o suprafață rutieră mai silențioasă]. Cenosferele sunt, de asemenea, utilizate pentru a îmbunătăți calitățile de izolare termică și fonică ale tencuielilor, mortarelor și gleturilor utilizate pentru pereți, podele și tavane. Un adaos de 40% din volum al cenosferelor reduce la jumătate coeficientul de transmisie a zgomotului.”

Cenosfere în industria farmaceutică

Cenosferele sunt utilizate în industria farmaceutică de mulți ani, deoarece bilele mici pot acționa ca un dispozitiv de transport aproape perfect atunci când sunt acoperite cu medicamente. În plus, așa cum notează revista franceză de specialitate Industrie & Technologies, „Cenosferele acoperite cu oxid de argint pot fi, de exemplu, integrate în pansamente pentru a accelera vindecarea rănilor.”

Cenosfere în industriile avansate

Se desfășoară o mulțime de cercetări pentru a descoperi noi utilizări pentru acest produs secundar versatil. De exemplu, se dezvoltă noi catalizatori pentru procesul de oxidare a metanului folosind cenosfere magnetice.

Cenosferele sunt utilizate și în dezvoltarea compozitelor cu matrice metalică (MMC), o varietate de materiale care încearcă să combine absorbția ridicată a energiei, rezistența la impact și densitatea scăzută a sferelor cu calitățile altor substanțe. Alții, cum ar fi Paul Biju-Duval de la Institutul de Tehnologie din Georgia, cu sediul în Atlanta, au lucrat din greu la dezvoltarea de materiale de construcție fără ciment. Munca sa continuă, adăugând la un amestec de cenosfere elemente precum bambusul și tubulatura metalică, ca mijloc de a găsi metode de construcție alternative, mai ieftine, mai rezistente și mai ecologice.

Între timp, Institutul de Chimie și Tehnologie Chimică al Academiei Ruse de Științe din Krasnoiarsk studiază modalități prin care cenosferele ar putea fi utilizate în transformări catalitice. În același timp, BAE Systems încearcă să utilizeze cenosferele în vopsea ca mijloc de susținere a invizibilității în spectrul infraroșu, permițând astfel navelor militare să aibă „mantale de invizibilitate”.

Cu o gamă atât de largă de utilizări și o gamă și mai largă de utilizări potențiale, nu este de mirare că interesul pentru cenosfere este în creștere. Atâta timp cât dezvoltatorii de produse caută materiale de umplutură ușoare, sisteme îmbunătățite de administrare a medicamentelor, acoperiri îmbunătățite, înlocuitori de ciment și aditivi compoziti, atunci va exista o nevoie de cenosfere. În plus, odată cu creșterea cercetărilor privind noi utilizări pentru aceste sfere versatile, numai timpul va spune unde se află viitorul cenosferelor.