Mi az aerogél? Elmélet, tulajdonságok és alkalmazások

By G. P. ThomasAug 22 2012

az aerogél egy tág kifejezés, amelyet az 1960-as évek óta használt anyagok rendkívüli csoportjáról beszélnek az űrutazásban, de ma már számos iparágban találnak felhasználást. Az ‘aerogél’ nem egy meghatározott ásványi anyag vagy anyag, amelynek meghatározott kémiai képlete van-inkább a kifejezést arra használják, hogy minden olyan anyagot felöleljen, amelynek meghatározott geometriai szerkezete van. Ez a szerkezet rendkívül porózus, szilárd hab, magas összeköttetéssel rendelkezik néhány nanométeres elágazó szerkezetek között.

bár az aerogél technikailag hab, sokféle formát ölthet. Az aerogél nagy része szilícium-dioxidból áll, de szén, vas-oxid, szerves polimerek, félvezető nanoszerkezetek, arany és réz is képezhet aerogélt. Az aerogél szerkezeten belül azonban nagyon kevés szilárd anyag van, a szerkezet legfeljebb 99,8% – a csak levegőből áll. Ez az egyedülálló kompozíció szinte kísérteties megjelenést kölcsönöz az aerogelnek; ezért gyakran nevezik fagyasztott füstnek.

bár ez úgy néz ki, mint egy hologram, ez egy fénykép egy aerogélcsomóról, amely érintésre Hungarocellnek tűnik. Kép jóváírások: NASA

az aerogél kémiai és fizikai tulajdonságai

az aerogél egyik legismertebb és leghasznosabb fizikai tulajdonsága hihetetlen könnyedsége-sűrűsége általában 0,0011-0,5 g cm-3, tipikus átlaga körülbelül 0.020 g cm-3. Ez azt jelenti, hogy az aerogél általában csak 15-ször nehezebb, mint a levegő, és csak 3-szor nagyobb sűrűségű, mint a levegő. Olyan könnyű, hogy ha Michelangelo Dávidját aerogélből építették volna, akkor körülbelül akkora lenne a súlya, mint egy zacskó cukornak! Sok éven át az aerogel a Guinness Világrekordok könyvében a legalacsonyabb sűrűségű szilárd anyagként szerepelt, mielőtt a közelmúltban a fémes mikrorács, majd az aerografit kiszorította.

ez messze nem teszi feleslegessé az aerogelt, mivel további 14 világrekorddal rendelkezik a nevéhez, beleértve a ‘legjobb szigetelőt’. Az aerogél további kívánatos tulajdonságait az alábbiakban soroljuk fel, ezek közül a tulajdonságok közül néhány az ember számára is a legismertebb.

• alacsony átlagos szabad diffúziós út
• magas fajlagos felület (nem por alakú anyag esetében)
• alacsony hővezető képesség
• alacsony hangsebesség
• alacsony törésmutató
• alacsony dielektromos állandó

az aerogél rendkívül alacsony hővezető képességét itt mesterien mutatjuk be, mivel ezek a viaszkréta közvetlenül egy erős láng felett ül, olvadás nélkül, a védő aerogél miatt. Kép jóváírások: NASA

hogyan jön létre az Aerogel?

általánosságban elmondható, hogy az aerogélt egy gél szárításával hozzák létre, magas hőmérsékletű környezetben. Először a gélt oldatban hozzák létre, majd a folyékony komponenst szuperkritikus szárítással távolítják el, amely lassan eltávolítja a folyadékot a szerkezeti alak fenntartása érdekében. Ezt a folyékony komponenst ezután levegővel helyettesítik. Az aerogelt először 1931-ben hozta létre Samuel Stephens Kistler, a szén aerogéleket először az 1980-as években vezették be.

aerogél: a Föld legkönnyebb elektronikai pajzs

az aerogél alkalmazása

mivel az aerogél olyan változatos kémiai és fizikai tulajdonságokkal rendelkezik, nem meglepő, hogy széles körű alkalmazásokkal is rendelkezik. Az 1960-as évek óta az aerogelt használják szigetelőanyagként a NASA űrhajósainak űrruháiban, mivel a szelíd megjelenése ellenére rendkívül erős és könnyen képes túlélni a felszállási körülményeket.

a 21.század elején az aerogelt a NASA nagyon különleges szerepben alkalmazta – az űrpor elfogására. Az aerogelt a ‘Stardust’ küldetéssel együtt használják, amelynek célja, hogy először hozza vissza a részecskéket az űrből a Holdon túlról. Ezt a port elsősorban a Wild 2 üstökösből gyűjtik. Az aerogelt az üstökös porának elfogására használják, mivel képes lesz csapdába ejteni a kis részecskéket anélkül, hogy fizikailag megváltoztatná őket. Amikor a részecske eléri az aerogélt, akkor a puskagolyó sebességének akár 6-szorosa is lehet, ami azt jelenti, hogy a legtöbb anyag nem lenne képes lelassítani a port fűtés nélkül, és így változás történik. Az aerogélnél azonban a por a porózus anyagba temeti magát, és fokozatosan megáll, mivel elveszíti lendületét.

Tudjon meg többet arról, hogyan használták az aerogéleket grafénnel kombinálva fotovoltaikus alkalmazásokban

az aerogél kezd kötelező anyaggá válni a szigetelőiparban, és évek óta használják üregbefecskendezett falszigetelésben és szigetelőlemezekben. A közelmúltban aerogél alapú vakolatot használtak Svájc történelmi épületeinek szigetelésére. Az EMPA (Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology) laboratóriumok a Fixit AG gyártócéggel együtt dolgoztak egy aerogél alapú render (szigetelőanyag) kifejlesztésén, amely véleményük szerint kétszer akkora szigetelést biztosít, mint a normál renderek. Az aerogél ilyen módon történő használata rendkívül energiahatékony és környezetvédelmi szempontból előnyös, mivel jelentősen csökkenti a fosszilis tüzelőanyagok felhasználását a fűtésben.

az aerogélek törékenységének és törékenységének nemrégiben bejelentett javulása azt jelenti, hogy a jövőben az alkalmazások teljesen új világa nyílik meg, a ruházattól a hőállóságig.

ne ítélj meg egy könyvet a borítója alapján: bár hihetetlenül könnyű és szellemszerű megjelenésű, ez a kis aerogéldarab könnyen elvisel egy szabványos háztéglát. Kép Jóváírások: NASA

referenciák és további olvasmányok

• NASA sugárhajtómű laboratórium
• EMPA
• www.aerogel.org
• űrtechnológia a régi épületek, EMPA, 20 Augusztus 2012
• ‘szilárd füst’ anyag aerogél kap hozzáadott erőt, BBC News, augusztus 20 2012

írta:

GP Thomas

Gary végzett a University of Manchester egy első osztályú kitüntetéssel diplomát geokémia és a Masters in Earth Sciences. Miután az Ausztrál bányászatban dolgozott, Gary úgy döntött, hogy leteszi a geológiai csizmáját, és kezét az íráshoz fordítja. Amikor nem aktuális és informatív tartalmat fejleszt, Gary általában megtalálható szeretett gitárján játszani, vagy nézni, ahogy az Aston Villa FC elkapja a vereséget a győzelem állkapcsából.

Idézetek