Aerożel

Z Wikipedii

Aerożel to materiał będący rodzajem sztywnej piany o wyjątkowo małej gęstości. Na jego masę składa się w 90-99,8% powietrze, resztę stanowi porowaty materiał tworzący jej strukturę.

Pierwsze, prymitywne, mające tendencję do zapadania się aerożele, otrzymał Steven Kistler w 1931 r., jednak bardzo długo nie znalazły one żadnego praktycznego zastosowania i zostały w dużym stopniu zapomniane.

Aerożele są obecnie najlżejszymi stałymi substancjami. Ich gęstość jest rzędu 1,9-150 mg/cm³, a zatem niewiele większa od gęstości powietrza (1,2 mg/cm³).

Aerożele są też obecnie materiałami o najmniejszym dla ciał stałych współczynniku przewodnictwa ciepła.

Mimo pozornie delikatnej budowy, wiele aerożeli ma wyjątkowo dobre własności mechaniczne, a zwłaszcza są odporne na ściskanie i rozciąganie. Wytrzymują nacisk na gładką powierzchnię masy rzędu 2000 razy ich masy własnej. Są jednak bardzo kruche (nieodporne na uderzenia) i nieodporne na skręcanie i ścinanie.

Aerożele krzemionkowe są stabilne do temperatury topnienia krzemionki czyli ok. 1200°C.

Wszystkie te cechy powodują, że są one odpowiednim materiałem do budowy statków kosmicznych. Są one także stosowane jako warstwa izolacyjna w skafandrach kosmonautów. Zaczynają być wykorzystywane w lotnictwie jako wypełnienia termoizolacyjne w samolotach. Planowane jest wykorzystanie ich jako materiałów izolacyjnych w budownictwie oraz warstw izolacyjnych w odzieży codziennego użytku. Jak na razie jednak przeszkodą jest ich wysoka cena. Ze względu na bardzo rozwiniętą powierzchnię są one także stosowane jako podkłady dla katalizatorów niektórych reakcji chemicznych.

Aerożele z otwartymi porami posiadają też zdolność kumulowania drobnych pyłów. Ta ich zdolność została wykorzystania przez NASA w projekcie o nazwie Stardust do badania składu warkoczy komet.

Większość aerożeli jest zbudowana z krzemionki. Znane są też aerożele na bazie innych związków chemicznych, np. zeolitów i aluminoksanów - nie wyszły one jednak poza fazę testów laboratoryjnych.

Aerożele otrzymywano pierwotnie w wyniku stapiania idealnie czystej krzemionki w atmosferze nadkrytycznego dwutlenku węgla i "rozdumuchiwanie" jej za pomocą par rozpuszczalników organicznych poprzez stopniowe zmniejszanie ciśnienia. Technologia ta została rozwinięta przez NASA we współpracy z firmą Aspen Systems, Inc.

Obecnie częściej stosuje się metody chemiczne polegające na reakcji skrajnie rozrzedzonych czterofunkcyjnych alkoksysilanów z parą wodną (np. Si(OCH₃)₄) w atmosferze gazu obojętnego. W pierwszym etapie, na skutek hydrolitycznej kondensacji powstaje miękki żel krzemionkowy. Zanim powstająca piana krzemionkowa całkowicie zastygnie, powoli zmniejsza się ciśnienie w reaktorze, aż do uzyskania niemal zupełnej próżni, w efekcie czego następuje gwałtowny wzrost objętości żelu. W końcowym etapie produkcji, reaktor wypełnia się ponownie ostrożnie gazem obojętnym i jednocześnie podnosi się temperaturę, co prowadzi do zakończenia reakcji kondensacji, usztywnienia się piany i powstania trwałego aerożelu.

[edytuj] Linki zewnętrzne

Obrazki aerożeli użytych w projekcie Stardust NASA: http://stardust.jpl.nasa.gov/photo/aerogel.html