Ce este Aerogel? Teorie, proprietăți și aplicații

de G. P. ThomasAug 22 2012

‘Aerogel’ este un termen larg folosit pentru a vorbi despre un grup extraordinar de materiale care au fost folosite din anii 1960 în călătoriile spațiale, dar acum găsesc utilizări într-o gamă întreagă de industrii. ‘Aerogel’ nu este un mineral sau material specific cu o formulă chimică stabilită-mai degrabă, termenul este folosit pentru a cuprinde toate materialele cu o structură geometrică specifică. Această structură este o spumă extrem de poroasă, solidă, cu conectivitate ridicată între structurile ramificate de câțiva nanometri.

deși aerogelul este tehnic o spumă, poate lua multe forme și forme diferite. Majoritatea aerogelului este compus din silice, dar carbonul, oxidul de fier, polimerii organici, nanostructurile semiconductoare, aurul și cuprul pot forma, de asemenea, aerogel. Cu toate acestea, în structura aerogelului, foarte puțin este material solid, cu până la 99,8% din structură constând din nimic altceva decât aer. Această compoziție unică conferă aerogelului un aspect aproape fantomatic; prin urmare, este adesea menționată ca ‘fum înghețat’.

deși aceasta arată ca o hologramă, aceasta este o fotografie a unei bucăți de aerogel, care la atingere se simte ca Styrofoam. NASA

proprietățile chimice și fizice ale aerogelului

una dintre cele mai cunoscute și mai utile proprietăți fizice ale aerogelului este ușurința sa incredibilă-de obicei are o densitate cuprinsă între 0,0011 și 0,5 g cm-3, cu o medie tipică de aproximativ 0.020 g cm-3. Aceasta înseamnă că aerogelul este de obicei de numai 15 ori mai greu decât aerul și a fost produs la o densitate de numai 3 ori mai mare decât cea a aerului. Este atât de ușor, încât dacă David al lui Michelangelo ar fi construit din aerogel, ar cântări cam la fel ca o pungă de zahăr! Timp de mulți ani, aerogel a fost în Cartea Recordurilor Guinness ca ‘solidul cu cea mai mică densitate’, înainte de a fi înlăturat recent de microlatele metalice și apoi de aerografit.

acest lucru nu face ca aerogel să fie redundant, deoarece are încă 14 recorduri mondiale la numele său, inclusiv ‘cel mai bun izolator’. Alte proprietăți dorite ale aerogelului sunt enumerate mai jos, unele dintre aceste proprietăți fiind, de asemenea, cele mai cunoscute de om.

• cale liberă medie scăzută de difuzie
• suprafață specifică ridicată (pentru un material fără pulbere)
• conductivitate termică scăzută
• viteză redusă a sunetului
• indice de refracție scăzut
• constantă dielectrică scăzută

conductivitatea termică extrem de scăzută a aerogelului este demonstrată cu măiestrie aici, deoarece aceste creioane de ceară stau direct deasupra unei flăcări puternice fără a se topi, datorită aerogelului protector. Credite imagine: NASA

cum este creat Aerogel?

în termeni generali, aerogelul este creat prin uscarea unui gel, într-un mediu cu temperaturi ridicate. Mai întâi gelul este creat într-o soluție, iar apoi componenta lichidă este îndepărtată prin uscare supercritică, care îndepărtează lichidul încet pentru a menține forma structurală. Această componentă lichidă este apoi înlocuită cu aer. Aerogel a fost creat pentru prima dată în 1931 de Samuel Stephens Kistler, cu aerogele de carbon introduse pentru prima dată în anii 1980.

Aerogel: cel mai ușor scut electronic de pe Pământ

aplicații ale Aerogel

deoarece aerogel are proprietăți chimice și fizice atât de diverse, nu este de mirare că are și o gamă largă de aplicații. Începând cu anii 1960, aerogel a fost folosit ca material izolant în costumele spațiale ale astronauților NASA, deoarece, în ciuda aspectului său wispy, este extrem de puternic și poate supraviețui cu ușurință condițiilor de decolare.

la începutul secolului 21, aerogel a fost angajat într – un rol foarte special de NASA-pentru a capta praful spațial. Aerogelul este utilizat în combinație cu misiunea Stardust, care are scopul de a readuce pentru prima dată particule din spațiu de dincolo de lună. Acest praf este colectat în principal din cometa ‘Wild 2’. Aerogel este folosit pentru a capta acest praf de cometă, deoarece va fi capabil să prindă particulele mici fără a le modifica fizic. Când particula lovește aerogelul, aceasta va călători cu viteze de până la 6 ori mai mari decât cea a unui glonț de pușcă, ceea ce înseamnă că majoritatea substanțelor nu ar putea încetini praful fără încălzire și astfel ar avea loc alterarea. Cu aerogel, totuși, praful se îngroapă în materialul poros și se oprește treptat pe măsură ce pierde impulsul.

Aflați mai multe despre modul în care aerogelele au fost utilizate în combinație cu grafenul în aplicații fotovoltaice

Aerogel începe să devină un material obligatoriu în industria izolației și a fost utilizat de câțiva ani în izolarea pereților injectați în cavitate și în plăcile izolatoare. Recent, tencuiala pe bază de aerogel a fost utilizată pentru izolarea clădirilor istorice din Elveția. Laboratoarele EMPA (laboratoarele Federale Elvețiene pentru știința și tehnologia materialelor) au lucrat cu compania de producție Fixit AG pentru a dezvolta o randare (material izolant) bazată pe aerogel, despre care cred că va oferi de două ori izolarea randărilor normale. Utilizarea aerogelului în acest mod este extrem de eficientă din punct de vedere energetic și benefică pentru mediu, deoarece va reduce enorm utilizarea combustibililor fosili în încălzire.

îmbunătățirile în fragilitatea și fragilitatea aerogel-urilor anunțate recent înseamnă că o lume cu totul nouă de aplicații poate fi deschisă în viitor, de la îmbrăcăminte la izolarea termică.

nu judecați o carte după copertă: deși incredibil de ușoară și asemănătoare fantomelor, această mică bucată de aerogel poate susține cu ușurință o cărămidă standard a casei. Credite Imagine: NASA

referințe și lecturi suplimentare

• NASA Jet Propulsion Laboratory
• EMPA
• www.aerogel.org
• tehnologia spațială pentru clădiri vechi, EMPA, 20 August 2012
• ‘fum Solid’ Material aerogel devine putere adăugată, BBC News, 20 August 2012

scris de

G. P. Thomas

Gary a absolvit Universitatea din Manchester cu o diplomă de onoare de primă clasă în Geochimie și un master în științele pământului. După ce a lucrat în industria minieră australiană, Gary a decis să-și închidă cizmele de Geologie și să-și întoarcă mâna la scris. Când nu dezvoltă conținut de actualitate și informativ, Gary poate fi găsit de obicei cântând la chitara iubită sau urmărind Aston Villa FC smulgând înfrângerea din fălcile Victoriei.

Citate