Hva Er Aerogel? Teori, Egenskaper og Anvendelser

Av G. P. ThomasAug 22 2012

‘Aerogel’ er et bredt begrep som brukes til å snakke om en ekstraordinær gruppe materialer som har blitt brukt siden 1960-tallet i romfart, men er nå å finne bruksområder på tvers av en rekke bransjer. ‘Aerogel’ er ikke et spesifikt mineral eller materiale med en bestemt kjemisk formel-men begrepet brukes til å omfatte alle materialer med en bestemt geometrisk struktur. Denne strukturen er et ekstremt porøst, fast skum, med høy tilkobling mellom forgrenede strukturer på noen få nanometer over.

selv om aerogel er teknisk et skum, kan det ta mange forskjellige former og former. Flertallet av aerogel består av silika, men karbon, jernoksid, organiske polymerer, halvleder nanostrukturer, gull og kobber kan også danne aerogel. Men innenfor aerogel-strukturen er svært lite solid materiale, med opptil 99,8% av strukturen som består av ingenting annet enn luft. Denne unike sammensetningen gir aerogel et nesten spøkelsesaktig utseende; derfor er det ofte referert til som ‘frossen røyk’.

selv om dette ser ut som et hologram, er dette et fotografi av en klump aerogel, som til berøring føles Som Styrofoam. Foto: NASA

Kjemiske Og Fysiske Egenskaper Av Aerogel

en av de mest kjente og mest nyttige fysiske egenskapene til aerogel er dens utrolige lyshet-den har vanligvis en tetthet mellom 0,0011 til 0,5 g cm-3, med et typisk gjennomsnitt på rundt 0.020 g cm-3. Dette betyr at aerogel vanligvis bare er 15 ganger tyngre enn luft, og har blitt produsert med en tetthet på bare 3 ganger luftens. Det er så lett at Hvis Michelangelos David ble konstruert av aerogel, ville det veie omtrent det samme som en pose sukker! I Mange år, aerogel var I Guinness book of world records som ‘solid med lavest tetthet’, før han ble kastet nylig av metallisk microlattice og deretter aerographite.

dette gjør aerogel overflødig, da den har ytterligere 14 verdensrekorder til navnet sitt, inkludert ‘best isolator’. Ytterligere ønskelige egenskaper av aerogel er oppført nedenfor, med noen av disse egenskapene også de mest kjente til mannen.

• Lav gjennomsnittlig fri diffusjonsvei
• høyt spesifikt overflateareal (for et ikke-pulvermateriale)
• Lav varmeledningsevne
• Lav lydhastighet
• Lav brytningsindeks
• Lav dielektrisk konstant

den ekstremt lave varmeledningsevnen til aerogel er demonstrert mesterlig her, da disse voksfargestifter sitter rett over en sterk flamme uten å smelte, på grunn av den beskyttende aerogel. Bilde Studiepoeng: NASA

Hvordan Er Aerogel Opprettet?

generelt er aerogel opprettet ved å tørke en gel i et høytemperaturmiljø. Først opprettes gelen i en løsning, og deretter fjernes væskekomponenten via superkritisk tørking, som fjerner væske sakte for å opprettholde strukturformen. Denne væskekomponenten erstattes deretter av luft. Aerogel ble først opprettet i 1931 Av Samuel Stephens Kistler, med karbon aerogels først introdusert på 1980-tallet.

Aerogel: Det Letteste Elektronikkskjoldet På Jorden

Anvendelser Av Aerogel

siden aerogel har så forskjellige kjemiske og fysiske egenskaper, er det ingen overraskelse at den også har et bredt spekter av applikasjoner. Siden 1960-tallet har aerogel blitt brukt som isolasjonsmateriale i ROMDRAKTER AV NASA astronauter som, til tross for sin pistrete utseende, det er ekstremt sterk og kan overleve take-off forhold lett.

i begynnelsen av det 21. århundre ble aerogel ansatt I EN helt spesiell rolle AV NASA – for å fange romstøv. Aerogel blir brukt i forbindelse Med ‘Stardust’ oppdrag, som tar sikte på å bringe tilbake partikler fra verdensrommet fra Utenfor Månen for første gang. Dette støvet samles hovedsakelig fra Kometen ‘Wild 2’. Aerogel blir brukt til å fange dette kometstøvet, da det vil kunne fange de små partiklene uten å fysisk endre dem. Når partikkelen treffer aerogel, vil den reise med hastigheter på opptil 6 ganger en riflekule, noe som betyr at de fleste stoffer ikke vil kunne senke støvet uten oppvarming og dermed endring finner sted. Med aerogel begraver støvet seg imidlertid inn i det porøse materialet og blir gradvis stoppet da det mister fart.

Finn ut mer om hvordan aerogels har blitt brukt i kombinasjon med grafen i fotovoltaiske applikasjoner

Aerogel begynner å bli et must-have materiale i isolasjonsindustrien og har blitt brukt i flere år i hulromsinjisert veggisolasjon og isolasjonsplater. Nylig har aerogelbasert gips blitt brukt til å isolere historiske bygninger i Sveits. EMPA (Swiss Federal Laboratories For Materials Science And Technology) labs har jobbet med produksjonsfirmaet Fixit AG for å utvikle et render (isolerende materiale) basert på aerogel, som de tror vil gi to ganger isolasjon av normale gjengivelser. Bruken av aerogel på denne måten er ekstremt energieffektiv og miljøvennlig, da det vil kutte bruken av fossilt brensel enormt i oppvarming.

Forbedringer i skjørhet og skjørhet av aerogels annonsert nylig bety at en helt ny verden av programmer kan åpnes opp i fremtiden, fra klær til varmeisolering.

ikke døm en bok etter omslaget: selv om det er utrolig lett og spøkelsesaktig i utseende, kan dette lille stykket aerogel enkelt støtte en standard husstein. Image Credits: NASA

Referanser og Videre Lesning

• NASA Jet Propulsion Laboratory
• EMPA
• www.aerogel.org
• Romteknologi for gamle bygninger, EMPA, 20. August 2012
• ‘Solid smoke’ materiale aerogel får ekstra styrke, BBC News, 20. August 2012

Skrevet av

Gp Thomas

Gary uteksaminert Fra University Of Manchester med en førsteklasses honours degree I Geokjemi og En Mastergrad I Geofag. Etter å ha jobbet I Den Australske gruveindustrien, Gary besluttet å henge opp sine geologi støvler og slå hånden til å skrive. Når Han ikke utvikler aktuelt og informativt innhold, Kan Gary vanligvis bli funnet å spille sin elskede gitar, eller se Aston Villa FC snatch nederlag fra jaws of victory.

Sitater