¿Qué es el Aerogel? Teoría, Propiedades y Aplicaciones

Por G. P. ThomasAug 22 2012

‘Aerogel’ es un término amplio utilizado para hablar de un extraordinario grupo de materiales que se han utilizado desde la década de 1960 en viajes espaciales, pero que ahora están encontrando usos en una amplia gama de industrias. «Aerogel» no es un mineral o material específico con una fórmula química establecida, sino que el término se utiliza para abarcar todos los materiales con una estructura geométrica específica. Esta estructura es una espuma sólida extremadamente porosa, con alta conectividad entre estructuras ramificadas de unos pocos nanómetros de ancho.

Aunque el aerogel es técnicamente una espuma, puede tomar muchas formas y formas diferentes. La mayoría del aerogel está compuesto de sílice, pero el carbono, el óxido de hierro, los polímeros orgánicos, las nanoestructuras de semiconductores, el oro y el cobre también pueden formar aerogel. Sin embargo, dentro de la estructura de aerogel, muy poco es material sólido, con hasta el 99,8% de la estructura que consiste en nada más que aire. Esta composición única le da al aerogel una apariencia casi fantasmal; por lo tanto, a menudo se le conoce como «humo congelado».

Aunque esto parece un holograma, esta es una fotografía de un bulto de aerogel, que al tacto se siente como espuma de poliestireno. Créditos de imagen: NASA

Propiedades químicas y físicas del Aerogel

Una de las propiedades físicas más conocidas y útiles del aerogel es su increíble ligereza: normalmente tiene una densidad de entre 0,0011 a 0,5 g cm-3, con un promedio típico de alrededor de 0.020 g cm-3. Esto significa que el aerogel es generalmente solo 15 veces más pesado que el aire, y se ha producido a una densidad de solo 3 veces la del aire. Es tan ligero, que si el David de Miguel Ángel se construyera con aerogel, ¡pesaría aproximadamente lo mismo que una bolsa de azúcar! Durante muchos años, el aerogel estuvo en el libro Guinness de los récords como el «sólido con la densidad más baja», antes de ser expulsado recientemente por el microlatículo metálico y luego por el aerógrafo.

Sin embargo, esto lejos de hacer que el aerogel sea redundante, ya que tiene otros 14 récords mundiales a su nombre, incluido «mejor aislante». A continuación se enumeran otras propiedades deseables del aerogel, algunas de las cuales también son las más conocidas por el hombre.

• Trayectoria libre media baja de difusión
• Área de superficie específica alta (para un material sin polvo)
• Conductividad térmica baja
• Velocidad de sonido baja
• Índice de refracción bajo
• Constante dieléctrica baja

La conductividad térmica extremadamente baja del aerogel se demuestra magistralmente aquí, ya que estos lápices de cera se sientan directamente sobre una llama fuerte sin derretirse, debido al aerogel protector. Créditos de Imagen: NASA

¿Cómo se crea el Aerogel?

En términos generales, el aerogel se crea secando un gel, en un ambiente de alta temperatura. Primero se crea el gel en una solución, y luego se elimina el componente líquido a través de un secado supercrítico, que elimina el líquido lentamente para mantener la forma estructural. Este componente líquido es reemplazado por aire. El Aerogel fue creado por primera vez en 1931 por Samuel Stephens Kistler, con aerogeles de carbono introducidos por primera vez en la década de 1980.

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Aplicaciones del Aerogel

Como el aerogel tiene propiedades químicas y físicas tan diversas, no es de extrañar que también tenga una amplia gama de aplicaciones. Desde la década de 1960, el aerogel se ha utilizado como material aislante en los trajes espaciales de los astronautas de la NASA, ya que, a pesar de su apariencia tenue, es extremadamente fuerte y puede sobrevivir fácilmente a las condiciones de despegue.

A principios del siglo XXI, el aerogel fue empleado en un papel muy especial por la NASA: capturar polvo espacial. El aerogel se está utilizando en conjunto con la misión «Polvo de Estrellas», que tiene como objetivo traer partículas del espacio desde más allá de la Luna por primera vez. Este polvo se recoge principalmente del cometa «Wild 2». El aerogel se está utilizando para capturar este polvo de cometa, ya que será capaz de atrapar las pequeñas partículas sin alterarlas físicamente. Cuando la partícula golpea el aerogel, viajará a velocidades de hasta 6 veces la de una bala de rifle, lo que significa que la mayoría de las sustancias no podrían ralentizar el polvo sin calentamiento y, por lo tanto, se producirían alteraciones. Sin embargo, con el aerogel, el polvo se entierra en el material poroso y se detiene gradualmente a medida que pierde impulso.

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El aerogel está comenzando a convertirse en un material imprescindible en la industria del aislamiento y se ha utilizado durante varios años en aislamiento de paredes inyectadas en cavidades y tableros aislantes. Recientemente, se ha utilizado yeso a base de aerogel para aislar edificios históricos en Suiza. Los laboratorios EMPA (Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology) han trabajado con la empresa de fabricación Fixit AG para desarrollar un render (material aislante) basado en aerogel, que creen que proporcionará el doble de aislamiento que los render normales. El uso de aerogel de esta manera es extremadamente eficiente energéticamente y beneficioso para el medio ambiente, ya que reducirá enormemente el uso de combustibles fósiles en la calefacción.

Las mejoras en la fragilidad y fragilidad de los aerogeles anunciadas recientemente significan que en el futuro se puede abrir un mundo completamente nuevo de aplicaciones, desde ropa hasta impermeabilización térmica.

No juzgue un libro por su portada: Aunque increíblemente ligero y de apariencia fantasmal, este pequeño pedazo de aerogel puede soportar fácilmente un ladrillo de casa estándar. Créditos de Imagen: NASA

Referencias y lectura adicional

• Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA
• EMPA
• www.aerogel.org
• Tecnología espacial para edificios antiguos, EMPA, 20 de agosto de 2012
• El aerogel de material de ‘humo sólido’ obtiene mayor resistencia, BBC News, 20 de agosto 2012

Escrito por

G. P. Thomas

Gary se graduó de la Universidad de Manchester con un título de primera clase en Geoquímica y una Maestría en Ciencias de la Tierra. Después de trabajar en la industria minera australiana, Gary decidió colgar sus botas de geología y dedicarse a escribir. Cuando no está desarrollando contenido informativo y de actualidad, Gary generalmente se puede encontrar tocando su amada guitarra o viendo a Aston Villa FC arrebatar la derrota de las fauces de la victoria.

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