Bir aerojel, a, jel- benzeri malzeme sıvı bileşen ile değiştirilir gaz . Termal olarak yalıtım yeteneği de dahil olmak üzere birçok dikkat çekici özelliğe sahip çok düşük yoğunluklu bir katıdır .
Steven Kistler tarafından 1931'de Charles Learned ile yaptığı bir bahis sırasında yaratıldı : "Bir kavanozdaki sıvıyı geri çekilmeden gazla kim değiştirebilir?" " Kistler'ın çalışması onu silika , alümina , krom ( III ) oksit veya kalay oksitten oluşan aerojelleri oluşturmaya yöneltti . Oluşan AEROJELLER karbon erken icat edildi 1990'larda .
2012 yılında, polimer bazlı aerojeller sentezlendi . Sanayide kullanımlarına daha uygun mekanik özelliklere sahip olma avantajına sahiptirler.
Aerojel 99.8% 'ye kadar oluşan hava bir ile katı / aerojel hacmi kitle oranı 0.16 mg / cm damla 3 Bilindiği hafif bir katı yakın zamana kadar. (Yapılmış, mikro-örgü , havalı boya tabancası ). Neredeyse tamamen şeffaftır ve polistireni anımsatan dokunuşa sahiptir . Hafifçe sıkmak iz bırakmaz, daha sert bastırmak kalıcı bir çukur bırakır. Sert bastığınızda seyrek yapısı aniden çöker, cam gibi paramparça olur .
Dağılmaya eğilimli olmasına rağmen, ağırlığının 2.000 katından fazlasını taşıyabilir. Bu özellik, onun kaynaklanmaktadır dendritik mikro ortalama boyutu olan küresel parçacıklar 2-5nm yüksek oluşturucu gruba kaynaşık, gözenekli üç-boyutlu bir yapıya (şeklindeki zincirlerinin Fraktaller gözenekleri daha az ölçülmesiyle) 100 nm . Üretim sırasında boyut ve ortalama gözenek yoğunluğu ayarlanabilir.
Aerojel, üç ısı yayma yöntemini ( ısı iletimi , termal radyasyon ve konveksiyon ) neredeyse tamamen durdurduğu için dikkate değer bir yalıtımdır . İyi bir konvektif engelleyicidir çünkü hava, yapının ağı boyunca dolaşamaz. Silika aerojel iyi bir iletken yalıtıcıdır Zayıf bir ısı iletkeni olan silika sayesinde. Öte yandan, metalik aerojel daha iyi bir ısı iletkenidir. Karbon aerojel iyi bir radyasyon yalıtkanıdır çünkü karbon, ısıyı aktaran kızılötesi radyasyonu emer . En yalıtkan aerojel, karbon ilave edilmiş (cam yününden neredeyse üç kat daha fazla yalıtkan) silika aerojeldir. Aerojellerin yalıtım kapasitelerini havalarından kısmen boşaltarak daha da iyileştirmek mümkündür ( 0,01 atm'den daha az ).
Higroskopik yapısı nedeniyle aerojel dokunulduğunda kurur ve kurur. Çoğunlukla havadan yapıldığı için yarı saydam görünür. Rengi nedeniyle Rayleigh saçılımı en küçük dalga boyu arasında görünür ışık dendrit yapısını nanometre boyutunda yoluyla. Bu nedenle karanlık bir yüzeyin önünde mavimsi, açık bir yüzeyin önünde beyazımsı görünür.
Sıfır yerçekiminde aerojel yapmak için ( parabolik uçuş kullanarak ) deneyler yapılmıştır . Daha sonra tamamen şeffaftır.
Aerojeller temelde hidrofiliktir , ancak yüzeylerinin kimyasal olarak işlenmesi hidrofobik olmalarına neden olabilir .
En iyi bilinen aerojel silikadır, ancak muhtemelen silikadan daha güçlü olan biyo bazlı aerojeller üretmek isteyen araştırmacılar .
Prensip olarak, aerojelin üretimi, bir silika jelin (silika aerojel için) sıvı bileşeninin gazla değiştirilmesinden oluşur. Teknik olarak süreç daha karmaşıktır. Bunun nedeni, basitçe kurutulduğunda jelin yapısının çökme eğiliminde olmasıdır. Bu daha sonra gözenekli hale gelir ve ufalanır.
Pratikte, özellikle yumuşak kontakt lensler için kullanılan bir silika jel olan hidrojel , aşırı sıcaklık ve basınç koşulları altında kurutulur ve su , bir "öncü", silika alkoksit varlığında etanol gibi bir sıvı ile değiştirilir . Alkoksit, reaksiyon için bir tür katalizördür. Alkol ve silikondan oluşur. Formülü Si (OR) 4'tür. Bu reaksiyon silika üretir:
Si (OCH 2 CH 3 ) 4 (sıvı).+ 2H 2 O(sıvı) → SiO 2 (katı)+ 4HOCH 2 CH 3 (sıvı).Silika, SiO 2 formülüne sahip stabil bir mineral bileşiktir.. Daha sonra süper kritik kurutma adı verilen bir süreç geldi ( İngilizce : süper kritik kurutma ). Termodinamikte kritik nokta sıvılar ve gazlar arasında bir geçiş aşamasıdır. Temel olarak, sıvı ve buhar durumları mikroskobik olarak özdeştir: bir atom veya molekül bozukluğu ile karakterize edilirler. Ayrıca, bu sıvı-buhar bir arada varoluş eğrisinin aniden kesildiği bir basınç ve sıcaklık (kritik olarak adlandırılır) vardır. Bunun ötesinde, vücut ne sıvıdır ne de gazdır: bu bir sıvı fazıdır . Bu işlemle alkol jelden uzaklaştırılır. Bu işlem otoklavda 50 ile 60 bar arasında değişen basınçlarda , 5 ile 10 ° C sıcaklıklarda ve 12 saat ile 6 gün arasında gerçekleştirilir. Daha sonra hedefe ulaşılır, sıvı, jel yapısı çökmeden veya hacim olarak küçülmeden bir gazla değiştirilir.
Aerojel üretimi için ortam sıcaklığında ve basıncında süreçler vardır, ancak bunlar şu an için üreticiler tarafından gizli tutulmaktadır .
Aerojel tarafından çeşitli işlevler gerçekleştirilebilir. Ticari olarak, granül halindeki aerojeller , ısı kayıplarını azaltmak için cam ile birleştirilir . Kusmuk Kuyrukluyıldızında birkaç kez kaldıktan sonra , bir araştırma ekibi, sıfır yerçekiminde aerojel üretiminin daha tek tip boyuta sahip ve silika aerojellerde Rayleigh saçılma etkisini azaltan parçacıklar ürettiğini keşfetti , bu nedenle aerojel daha şeffaf. Şeffaf silika aerojeller, binalardaki pencerelerden kaynaklanan ısı kaybını azaltmak için çok uygun olabilir .
Geniş yüzey alanı, adsorpsiyon için bir kimyasal soğurucuda olduğu gibi, sıklıkla kullanılmasına neden olur . Bu yetenek aynı zamanda ona bir katalizör ve katalizör taşıyıcı olarak büyük bir potansiyel verir . Aerojel parçacıkları ayrıca boya ve kozmetik ürünlerinde de kıvam arttırıcı ajan olarak kullanılır .
Spesifik uygulamalar için "katkı maddeleri" eklenerek, böylece yapıları güçlendirilerek ve bileşimlerini karıştırılarak performansı artırılabilir. Bu yaklaşımı kullanarak, uygulamalarının kapsamı büyük ölçüde artırılabilir.
Ticari amaçlı aerojel plakaların üretimi 2000'li yıllarda başladı . Bu plaka, aerojeli dayanıklı ve esnek bir malzemeye dönüştüren fiber takviyeli silika aerojel kompozit bir malzemedir. Ürünün mekanik ve termal özellikleri, içerdiği elyaf, aerojel kalıbı ve opak katkı maddelerinin seçimine bağlı olarak değişir.
İçinde Ocak 2004Stardust sondası , Comet Wild 2'deki tozu yakalamak için aerojel kullanır . Bu toz parçacıkları katı maddelerle çarpışma anında buharlaşır ve gazların içinden geçer, ancak aerojel tarafından yakalanır. NASA ayrıca korumak için aerojeli kullanılan uzay kıyafeti giydiği astronot .
İçinde ekim 2014, Bouygues Construction ve Alman kimyager BASF , "Slentite" adı verilen poliüretan aerojel bazlı ürünler için bina yalıtımı alanında uygulamaların geliştirilmesini ortaklaşa geliştirmek için bir inovasyon ortaklığı imzaladı . Çok düşük ısı iletkenliği malzeme, en az 0.016 W m -1 K -1 , mümkün gibi, geleneksel bir yalıtkan yerine yapar mineral yün çevre iç higrotermal düzenleme temin ederken, 25 ile% 50 arasında, ya da polistiren . Sunulan malzemenin diğer avantajları arasında7 Ekim 2014tozsuz kesim kolaylığı ve ürünün yüksek mekanik direnci. Büyük ölçekli uygulamalar henüz burada değil, ancak BASF 2015 için bir pilot site bulmayı umuyor.
Üretim maliyeti şu anda Aerojelin endüstriyel ölçekte pazarlanması için çok yüksek. 2014 yılında, aerojelin fiyatı $ 1000 olarak dolar ons veya yaklaşık 30 € / g , yine 10 bir küp için € 90 düzeyinde olduğu cm tarafında ya da 1 L .