Aerogel ist ein Material, das die Wissenschaft aufgrund seiner beeindruckenden physikalischen und chemischen Eigenschaften verwirrte. Aerogel ist ein festes Material, das im Vergleich zu anderen Feststoffen einzigartige Eigenschaften besitzt.

Dies ist der Teil, der bei allen, die sich für Aerogele interessieren, Neugier weckt. Der leichteste Feststoff, der jemals auf der Erde erzeugt wurde, ist Aerogel.

Es bestand zu 97% aus Luft unter Beibehaltung der strukturellen Eigenschaften eines Feststoffs.

VERBINDUNG: AIRGEL KANN JETZT AUS ABFALLPAPIER GEFORMT WERDEN

Woher hat es den Namen Aerogel?

Der Begriff Aerogel kommt aus zwei Wörtern - Luft und Gel. Und dieser Name hat Geschichte!

Aerogel wurde von Samuel Stephens Kistler erfunden. Samuel war fasziniert von Gelee, da es sowohl fest als auch flüssig ist.

Der Grund, warum Gelee flüssige und feste Eigenschaften hat, ist, dass es eine Kombination aus beiden ist. Eine poröse Gelatinestruktur hält das Wasser in sich und erzeugt eine Pseudosubstanz.

Samuel fragte sich, was passieren würde, wenn er den Wassergehalt durch Luft ersetzen würde. Wenn das Gel jedoch einfach getrocknet würde, würde es die feste Struktur zusammenziehen und zu Rissen führen.

Er verstand, dass die hoch mikroporöse Struktur des Gels aufgrund der hohen Oberflächenspannungskräfte, die von der Flüssigkeit ausgeübt werden, zusammenbricht. Daher suchte er nach alternativen Möglichkeiten, um Flüssigkeit zu entfernen, ohne die feste Struktur zu verletzen.
Und er hatte die Idee, Wasser durch Alkohol zu ersetzen.

Wenn Alkohol in einen überkritischen Zustand umgewandelt wird, befindet er sich in einem Zustand zwischen Gas und Flüssigkeit und weist keine Oberflächenspannung auf. Die feste mikroporöse Struktur wurde unter Verwendung von Silica hergestellt.

Sobald der Alkohol verdunstet war, wurde das erste Aerogel gebildet. Im einfachsten Sinne wird Aerogel aus dem Entfernen von Wasser oder Lösungsmittel aus einer Gelatinestruktur hergestellt.

Physikalische Eigenschaften von Aerogel

Der Grund, warum Aerogel durchscheinend aussieht, ist die Tatsache, dass ein Großteil des Materials nur Luft ist. Dies erklärt auch seine sehr geringe Dichte.

Sie sind die leichtesten Feststoffe auf der Erde, und selbst ein sechs Fuß großer Aerogelblock wiegt nur etwa ein Pfund. Der Guinness-Weltrekord für das leichteste 3D-Druckmaterial ist a Graphen-Aerogel gedruckt von Dong Lin.

Aerogel hat andere einzigartige physikalische Eigenschaften, und eine davon ist die unglaubliche Isolierung gegen Wärme 0,023 W / mK bei 100 ° C.

Aerogel hat auch ausgezeichnete akustische Eigenschaften mit 10 bis 1000-mal besserer Schalldämmung als Polyurethanformen.

Da die Struktur nur zu 3% aus Feststoff besteht, ist Aerogel sehr zerbrechlich. Die beiden wichtigsten festen Materialien, die zur Herstellung von Aerogel verwendet werden, sind Kieselsäure und Kohlenstoff.

Wie wird Aerogel hergestellt?

Wie bereits erwähnt, wird Aerogel hergestellt, indem der Wassergehalt / das Lösungsmittel aus einem Gel entfernt und durch Luft ersetzt wird. Die moderne Methode der Aerogelherstellung verwendet ein Verfahren namens Sol-Gel.

Das neue Herstellungsverfahren wurde 1983 von entwickelt. Arlon Hunt und die Gruppe Mikrostrukturierte Materialien . Sie verwendeten ein TEOS oder Tetraethylorthosilicat bei der Herstellung von Aerogel, was viel sicherer ist als die bis dahin verwendete TMOS-Methode.

Eine weitere Entwicklung war die Verwendung von flüssigem Kohlendioxid, das die Verwendung von Alkohol als Basislösungsmittel ersetzte. Die Verwendung von TMOS und Alkohol in Aerogelprodukten machte es zu einem sehr gefährlichen Prozess.

Wir haben ein klares Beispiel für ihre verheerende Natur in Form der Explosion, die zerstört eine Aerogel-Produktionsanlage in Schweden.

Das neue Herstellungsverfahren liefert ohne Gefahren die gleiche Ausbeute wie TMOS.

Was sind die Anwendungen von Aerogel?

Die physikalischen Eigenschaften von Aerogel haben es zu einem der am besten untersuchten künstlichen Materialien gemacht. Heutzutage finden Sie Aerogel in Kosmetika, Farben, Neoprenanzügen usw.

Ihre Verwendung in der Luft- und Raumfahrtindustrie hat sich jedoch seit ihrer Erfindung erst erweitert. Aerogel wurde sogar verwendet, um Kometen und interstellaren Staub in NASAs aufzufangen. Sternenstaub Mission.

Dieses einzigartige Material wurde als Isoliermaterial verwendet, das den Mars Exploration Rover während seiner Mission warm hielt.

Eine der modernen Anwendungen von Aerogel umfasst die Verwendung als Isoliermaterial für Gebäude.

Aerogel-Fenster sind eine neue Technologie, bei der Aerogel zwischen zwei Glasscheiben eingelegt wird. Sie sind leichter als dreischichtige Glasfenster und haben viel bessere Isoliereigenschaften.

Eine der modernen Anwendungen von Aerogel umfasst die Verwendung als Isoliermaterial für Gebäude. Die Aerogel-Hausisolierung umfasst Produkte wie Aerogeldecken und Aerogelblätter .

Eine neue Erfindung namens Baumwoll-Aerogel macht jetzt in verschiedenen Branchen Wellen. Das Baumwoll-Aerogel kann als Isoliermaterial verwendet werden, das herkömmliche sperrige Jacken ersetzen kann.

Eine überraschende Anwendung ist die Verwendung von Baumwoll-Aerogel als Blutungskontrollgerät. Das Material kann in eine blutende Wunde injiziert werden und dehnt sich aus, übt Druck auf die Wunde aus und verhindert Blutungen.

Die Cotton Aerogel-Entlüftungsregler wurden von der Forscher an der NUS .

Warum ist Aerogel ein guter Isolator?

Bei seinen Anwendungen müssen Sie bemerkt haben, dass die Industrie Aerogel als Isolationseigenschaft verwendet. Wie wird Aerogel zu einem so guten Isolator?

Aerogel besteht aus zwei Teilen - Silica und Air. Die Silica-Feststoffe sind keine guten Wärmeleiter und machen nur 3% des Gesamtmaterials aus. Der Rest ist Luft.

Wenn Sie die Eigenschaften von Luft überprüfen, wird deutlich, dass Luft eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Solche Faktoren machen Aerogel sehr leicht und machen eine Massenleitung unmöglich.

Zweitens hat Aerogel extrem kleine Poren, typischerweise mit einem Durchmesser zwischen 2 und 50 nm. Diese Poren sind so klein, dass es für die Luft schwierig ist, durch das Material zu diffundieren und die konvektive Wärme zu übertragen.

Dieses Phänomen ist als 'bekannt Knudsen-Effekt 'und trennt Aerogele von anderen Schaumarten.

Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass Aerogele nicht unbedingt wirksame Isolatoren sind, wenn es um Strahlungswärme geht. Es ist möglich, Wärme durch Infrarotenergie durch Aerogele bei hohen Temperaturen zu übertragen.

Um dem entgegenzuwirken, enthalten viele handelsübliche Aerogel-Isolationsprodukte zusätzliche Materialien. Diese werden als IR-Trübungsmittel bezeichnet, um Infrarotstrahlung zu reflektieren oder zu absorbieren.

Was Elektrizität betrifft, kann Aerogel sein leitend oder nicht leitend basierend auf den verwendeten Feststoffen. Aerogele hergestellt mit Poly 3,4-shelenedioxythiophen: Poly 4-styrolsulfonat PEDOT: PSS sind im Allgemeinen leitend.

Aerogel-Feststoff, der mit Kohlenstoffnanoröhren und einigen anderen Additiven infundiert ist übertreffen konventionelle Schalldämmung mit deutlichem Abstand.

Ist Aerogel wasserdicht?

Wiederum hängen solche Eigenschaften von den im Aerogel verwendeten Feststoffen ab. Durch Ändern der festen Strukturen und Additive können die Eigenschaften des Aerogels geändert werden. Beispielsweise werden industrielle Silica-Aerogelmaterialien speziell als hydrophob wasser- formuliert.abweisend.

Aerogele auf Oxidbasis sind nicht wasserdicht. Sie können jedoch leicht modifiziert werden, um sie mit Additiven wasserbeständig zu machen.

Warum boomt die Aerogelindustrie nicht?

Wir haben ausführlich über die erstaunlichen Eigenschaften von Aerogel gesprochen und darüber, wie es in mehrfacher Hinsicht für uns von Nutzen sein kann. Sohn, warum ist die Technologie noch nicht weit verbreitet?

Dafür gibt es mehr als einen Grund. Der erste ist die Tatsache, dass Aerogel trotz der Fortschritte, die wir in Bezug auf seine Herstellung erzielt haben, sehr schwer herzustellen ist.

Das größte Aerogel-Paneel, das die Industrie herstellen konnte, war ein 90 x 90 cm großes Paneel. Diese Größe ist nur mit hochmodernen Maschinen möglich.

Wenn Sie nach Aerogelen suchen, um sie zu kaufen, ist die höchste Spezifikation, die Sie finden können, 30x30cm. Sonderbestellungen müssen aufgegeben werden, wenn Sie höhere Größen benötigen.

Der Preis ist ein weiterer Faktor, der viele davon abhält, Aerogel zu verwenden oder damit zu experimentieren. Der kostspielige Herstellungsprozess führt dazu, dass diese Kosten auf die Käufer übertragen werden.

Das Ergebnis ist, dass ein Silica-Aerogel mit den Abmessungen 2,5 cm x 2,5 cm x 1,0 cm ab 50 USD kostet.

Eine der größten Herausforderungen für die Aerogelindustrie ist die Sprödigkeit des Feststoffs. Machen Sie keinen Fehler, das Material ist stark und kann ein Vielfaches seines Gewichts halten.

Das Material hält sich jedoch unter Spannung nicht gut.

Es werden Fortschritte bei der Vereinfachung des Herstellungsprozesses von Aerogel und der Verbesserung seiner strukturellen Integrität erzielt. Sobald diese Einschränkungen behoben sind, wird Aerogel mehr Menschen und Produkte erreichen.

Der Mangel an Industrien für die Aerogelproduktion ist auch ein weiterer Grund, warum Aerogele nicht so beliebt sind.

Fazit

Aerogel ist zweifellos eines der Wundermaterialien, die wir erfunden haben. Das Material hat in seinen vielen Formen und Kombinationen ein immenses Potenzial.

VERBINDUNG: 9 INTERESSANTE MATERIALIEN, DIE DIE ZUKUNFT FORMEN KÖNNTEN

Wir können davon ausgehen, dass sich die mit Aerogels verbundenen Einschränkungen bald aufheben. Dies wird die Kosten für dieses einzigartige Material senken und die Produktionsraten verbessern.

Da der Umfang der Aerogel-Anwendungen weiter zunimmt, werden wahrscheinlich mehr Unternehmen in die Aerogel-Produktion investieren. Dies wird letztendlich die Technologie verbessern und dazu beitragen, dass das Material die Massen erreicht.