Även om du kanske inte vet det, har den moderna världen många skäl att vara tacksam för cenosfärer.
Få människor känner till deras existens, ännu färre vet var de kommer ifrån. Även om en snabb blick på Wikipedia, källan till alla källor, informerar den oinformerade att "En cenosfär är en lätt, inert, ihålig sfär gjord till stor del av kiseldioxid och aluminiumoxid och fylld med luft eller inert gas, vanligtvis producerad som en biprodukt av kolförbränning vid värmekraftverk. Färgen på cenosfärer varierar från grå till nästan vit och deras densitet är cirka 0,4–0,8 g/cm3 (0,014–0,029 lb/cu in), vilket ger dem stor flytkraft."
Det beskriver dock inte den sanna skönheten hos dessa små, men kraftfulla, flygaskakulor. Deras verkliga styrka ligger nämligen i deras mångsidiga användningsområden. Som den franska branschtidskriften Industrie & Technologies konstaterar: ”På grund av sin låga densitet, lilla storlek, sfäriska form, mekaniska hållfasthet, höga smälttemperatur, kemiska tröghet, isolerande egenskaper och låga porositet finner mikrosfärer [även kända som cenosfärer] ett brett användningsområde inom industrin. De är särskilt idealiska för att förstärka material eller ge egenskaper som korrosionsbeständighet, eller värme- och ljudisolering till beläggningar eller färger. De kan beskrivas som multifunktionella fyllmedel och integreras väl i hartser och bindemedel som termoplaster och härdplaster.”
Cenosfärer i färger och ytbehandlingar
Det finns många användningsområden för cenosfärer inom färg- och industriell ytbehandlingsindustri, tack vare de ytterligare egenskaper de ger. Till exempel används cenosfärer ofta i ytbehandlingar för att kontrollera infraröd strålning, vilket ger dessa ytbehandlingar en fördel jämfört med de som bara försöker begränsa värmeledningsförmågan.
Samtidigt förklarar beläggningsexperter på Petra Buildcare Products hur cenosfärer, ”… förbättrar färgens kvalitet genom att förbättra produktens volym och densitet. Efter applicering på väggen tenderar de keramiska pärlorna att krympa och skapar därmed en tät film på väggen.”
Cenosfärer i syntaktiska skum
Cenosfärer används ofta för att tillverka "syntaktiska skum". Dessa är specialiserade fasta ämnen som använder cenosfärer som fyllnadsmedel för att ge en rad fördelar, från lägre kostnad till ökad styrka, ljudisolering, flytkraft och termiskt skydd.
Experter på Engineered Syntactic Systems beskriver syntaktiskt skum enligt följande;
”Den 'syntaktiska' delen hänvisar till den ordnade strukturen som skapas av de ihåliga sfärerna. Termen 'skum' hänvisar till materialets cellulära natur. Tack vare dess unika egenskaper med hög hållfasthet vid låg densitet har syntaktiskt skum blivit allmänt använt i flytkraftsapplikationer under vatten. Syntaktiska material är resistenta mot den kombinerade effekten av hydrostatiskt tryck och långvarig exponering, vilket gör dem idealiska för oceaneringsprojekt som kabel- och hårdbollsflottnej och instrumentstöd. De ger också styrka och strukturell integritet till en betydligt lägre vikt per volym än de flesta traditionella material, vilket gör dem till ett attraktivt val i många försvars- och anläggningsapplikationer.”
Cenosfärer vid petroleumborrning
För att bevisa cenosfärernas okända betydelse behöver du inte leta längre än till den viktiga roll de spelar inom petroleumindustrin. För även om alla känner till oljans betydelse i den moderna världen är det ett föga känt faktum att cenosfärer, som den franska branschtidskriften Industrie & Technologies konstaterar, "... har använts i flera år inom oljeborrning för att minska densiteten hos en petroleumcementpasta utan att öka vattenhalten."
Cenosfärer i plaster och polymerer
Cenosfärer har också användning vid tillverkning av plast och polymerer, eftersom deras omformbara form eller styrka hjälper till att undvika krympning i termoplaster och värmehärdande plaster.
De används också i moderna kompositer inom bilindustrin. Till exempel innehåller 2016 års Chevrolet Corvette en ”plåtgjutningsmassa där glasmikrosfärer ersätter kalciumkarbonatfyllmedel och minskar 9 kg av sportbilens Stingray Coupé-modellvikt”. Probir Guha, vice vd för tillverkaren av Continental Structural Plastics Inc., förklarar anledningen till att cenosfärer ingår i kompositen genom att säga att ”den typiska SMC-formeln för denna typ av fordonsapplikation består av 20 volymprocent glasfiberarmering, 35 % harts och 45 % fyllmedel, vanligtvis kalciumkarbonat”, och tillägger att ”Denna nya SMC [plåtgjutningsmassa] är kostnadseffektiv med aluminium.”
Cenosfärer i betong
I åratal har cenosfärer varit ett användbart tillsatsmedel till betong, vilket ger extra styrka och/eller ljudisolering, samtidigt som det sänker densiteten. Jeff Girard, VD för The Concrete Countertop Institute, förklarar dessa fördelar och säger: ”I teorin kan cenosfärer ersätta en del av den normalviktiga sanden som används i betong. Cenosfärer har en densitet som är lägre än vatten (i genomsnitt 0,7 jämfört med vattens 1,0); kvartsandpartiklar har vanligtvis en densitet på cirka 2,65. Det betyder att 0,45 kg cenosfärer tar upp samma absoluta volym som cirka 1,3 kg sand.”
Industrie & Technologies beskriver också användningen av cenosfärer som ett sätt att minska bullerföroreningar och säger att "[Cenosfärer används] i byggmaterial för att lätta betong, samtidigt som en tryckhållfasthet på 30 MPa bibehålls vid en densitet på 1,6 T/m3, vilket förbättrar deras täthet och minskar deras ljudöverföring. Till exempel är St. Petersburgs vetenskapliga och tekniska center för tillämpad nanoteknik (STCAN) involverat i att bygga broar med sådan betong i Ryssland [för en tystare vägyta]. Cenosfärer används också för att förbättra värme- och ljudisoleringsegenskaperna hos puts, murbruk och gips, som används för väggar, golv och tak. Ett tillskott av 40% volym cenosfärer halverar bulleröverföringskoefficienten."
Cenosfärer inom läkemedel
Cenosfärer har använts inom läkemedelsindustrin i många år, eftersom de små kulorna kan fungera som en nästan perfekt transportanordning när de är belagda med läkemedel. Dessutom, som den franska branschtidskriften Industrie & Technologies noterar, kan "Cenosfärer täckta med silveroxid till exempel integreras i förband för att påskynda sårläkning."
Cenosfärer i avancerade industrier
Mycket forskning bedrivs för att upptäcka nya användningsområden för denna mångsidiga biprodukt. Till exempel utvecklas nya katalysatorer för metanoxidationsprocessen med hjälp av magnetiska cenosfärer.
Cenosfärer används också i utvecklingen av metallmatriskompositer (MMC), en mängd olika material som försöker kombinera sfärernas höga energiabsorption, slagtålighet och låga densitet med egenskaperna hos andra ämnen. Andra, som Paul Biju-Duval från Georgia Institute of Technology i Atlanta, har arbetat hårt med utvecklingen av cementfria byggmaterial. Hans arbete fortsätter och lägger till föremål som bambu och metallrör i en cenosfärblandning för att hitta alternativa, billigare, starkare och mer miljövänliga byggmetoder.
Samtidigt studerar Institutet för kemi och kemisk teknologi vid den ryska vetenskapsakademin i Krasnoyarsk hur cenosfärer kan användas i katalytiska omvandlingar. Medan BAE Systems försöker använda cenosfärer i färg som ett sätt att stödja osynlighet i det infraröda spektrumet, vilket gör det möjligt för militära farkoster att ha "osynlighetsmantlar".
Med ett så brett användningsområde, och ett ännu bredare utbud av potentiella användningsområden, är det inte konstigt att intresset för cenosfärer växer. Så länge produktutvecklare letar efter lätta fyllmedel, förbättrade läkemedelsleveranssystem, förbättrade beläggningar, cementsubstitut och komposittillsatser, kommer det att finnas ett behov av cenosfärer. Dessutom, med ökad forskning om nya användningsområden för dessa mångsidiga sfärer, kan bara tiden utvisa var cenosfärernas framtid ligger.
Publiceringstid: 28 december 2021