エアロゲルとは何ですか？ 理論、特性および適用

By G.P.ThomasAug22 2012

“エアロゲル”は、1960年代から宇宙旅行で使用されてきたが、現在は産業の全範囲で使用されている材料の特別なグループについ 「エアロゲル」は、特定の化学式を持つ特定の鉱物または材料ではなく、むしろ、特定の幾何学的構造を持つすべての材料を包含するために使用されます。 この構造は少数のnanometresの分岐させた構造間の高い結合性の非常に多孔性の、固体泡、である。

エアロゲルは技術的には泡ですが、さまざまな形や形を取ることができます。 エアロゲルの大部分はシリカで構成されていますが、炭素、酸化鉄、有機ポリマー、半導体ナノ構造、金および銅もエアロゲルを形成することができます。 しかし、エアロゲル構造の中では、固体材料はほとんどなく、構造の99.8％までは空気だけで構成されています。 この独特な構成はaerogelにほとんど幽霊のような出現を与える; それ故にそれは頻繁に”凍らせていた煙”と言われます。

これはホログラムのように見えますが、これはエアロゲルの塊の写真で、触ってみると発泡スチロールのように感じられます。 画像クレジット：NASA

エアロゲルの化学的および物理的特性

エアロゲルの最もよく知られており、最も有用な物理的特性の1つは、その信じられな020g cm-3. これは、エアロゲルは通常、空気よりもわずか15倍重く、空気のわずか3倍の密度で製造されていることを意味します。 それはミケランジェロのダビデがエアロゲルから構築された場合、それは砂糖の袋と同じくらいの重さになるように、とても軽いです！ 何年もの間、エアロゲルはギネスブックの世界記録に”最も低い密度の固体”として記載されていましたが、最近は金属マイクロ格子とエアログラファイトに追放されました。

これまでのエアロゲルは、”best insulator”を含む14の世界記録を持っているため、aerogelは冗長になっています。 エアロゲルのさらなる望ましい特性は、これらの特性のいくつかはまた、最高の人に知られていると、以下に記載されています。

• 低平均拡散自由経路
• 高比表面積（非粉末材料の場合）
• 低熱伝導率
• 低音速
• 低屈折率
• 低誘電率

エアロゲルの非常に低い熱伝導率は、これらのワックスクレヨンが保護エアロゲルのために溶融せずに強い炎の真上に座るので、ここで見事に実証 画像クレジット：NASA

Aerogelはどのように作られていますか？

一般的に、エアロゲルは、高温環境でゲルを乾燥させることによって作成されます。 最初にゲルは解決で作成され、次に液体の部品は構造形を維持するために液体をゆっくり取除く超臨界乾燥によって取除かれます。 その後、この液体成分は空気に置き換えられます。 Aerogelは1931年にSamuel Stephens Kistlerによって最初に作成され、1980年代に最初に導入されたカーボンaerogelと。

Aerogel:地球上で最も軽い電子シールド

Aerogelの用途

aerogelはこのような多様な化学的および物理的性質を持っているので、それはまた広い応用範囲を持っていることは驚くべきことではありません。 1960年代以来、エアロゲルは、そのかすかな外観にもかかわらず、それは非常に強く、離陸条件を容易に生き残ることができるので、NASAの宇宙飛行士の宇宙服

21世紀初頭、エアロゲルはNASAによって宇宙の塵を捕獲するために非常に特別な役割で採用されました。 エアロゲルは、月の向こうから宇宙からの粒子を初めて持ち帰ることを目的とした”スターダスト”ミッションと組み合わせて使用されています。 この塵は、主に彗星’ワイルド2’から集められています。 エアロゲルは、それらを物理的に変えずに小さな粒子を捕らえることができるので、この彗星の塵を捕らえるために使用されています。 粒子がエアロゲルに当たると、ライフル弾の最大6倍の速度で移動するため、ほとんどの物質は加熱せずにほこりを遅くすることができず、したがって変 エアロゲルでは、しかし、ほこりは多孔質材料に自分自身を埋め、それが勢いを失うように徐々に停止するようにもたらされます。

エアロゲルが太陽光発電用途でグラフェンと組み合わせてどのように使用されているかについての詳細をご覧ください

エアロゲルは断熱 最近、エアロゲルベースの石膏は、スイスの歴史的建造物を絶縁するために使用されています。 EMPA（スイス連邦材料科学技術研究所）研究所は、製造会社Fixit AGと協力して、エアロゲルに基づいたレンダリング（絶縁材料）を開発しました。 このようにエアロゲルの使用は、加熱における化石燃料の使用を大幅に削減するため、非常にエネルギー効率が高く、環境に有益です。

最近発表されたエアロゲルの脆弱性と脆さの改善は、衣類から耐熱まで、将来的に全く新しいアプリケーションの世界が開かれる可能性があることを

表紙で本を判断しないでください：信じられないほど軽く、幽霊のような外観ですが、エアロゲルのこの小さな部分は簡単に標準的な家のレンガを支 画像クレジット: NASA

参考文献とさらなる読書

• NASAジェット推進研究所
• EMPA
• www.aerogel.org
• 古い建物のための宇宙技術、EMPA、20August2012
• “固体煙”材料エアロゲルが強度を追加、BBCニュース、20August2012

G.P.Thomas

Garyはマンチェスター大学を卒業し、地球化学のファーストクラスの優等学位と地球科学の修士号を取得しました。 オーストラリアの鉱業で働いた後、ゲイリーは彼の地質学のブーツをハングアップし、執筆に彼の手を回すことにしました。 彼が局所的で有益なコンテンツを開発していないとき、ゲイリーは通常、彼の最愛のギターを演奏したり、アストン-ヴィラFCが勝利の顎から敗北を奪うの

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