Mikä on Airgel?

Airgel on edistyksellinen materiaali, joka sisältää 15 merkintää Guinnessin ennätysten kirjaan ominaisuuksista, kuten pienimmän tiheyden ja parhaan eristeen. Se on piidioksidipohjainen aine, joka koostuu piin atomin löysästä dendriittiverkosta. Airgel valmistetaan poistamalla herkästi neste, tavallisesti etanoli, piidioksidialkogeelistä korvaamalla se pelkällä ilmalla, joka muodostaa 99.8% lopputuotteesta. Joidenkin aerogeelien tiheys on niinkin alhainen kuin .001 grammaa kuutiosenttimetriä kohden (.0005 unssia kuutiotuumaa kohti).

Aerogeelin tuntoaistuma on kuin kovan muovivaahdon tunne. Sen fyysinen ulkonäkö on puoliksi läpinäkyvä kuin jähmettynyt sumu, antaen sille lempinimen “jäädytetty savu”. Airgel rikkoutuu helposti, joten se ei sovellu erilliseksi ikkunoiden eristimeksi, mutta se kestää jopa 2000 kertaa oman painonsa. Se on erittäin kallista sen valmistuksen taustalla olevien kemikaalien ja prosessien vuoksi, ja se maksaa jopa 300 dollaria kuutiotuumaa kohti (2.54 kuutiometriä), vaikka hinnat laskevat. On olemassa erilaisia ​​airgel -lajikkeita, joiden värit ja vahvuudet ovat hieman erilaiset valmistusprosessin vaihtelujen perusteella.

Stegel Kistler loi Airgelin vuonna 1931, mutta sen sovellukset toteutettiin vasta 1980- ja XNUMX -luvuilla. XNUMX-luvulla aerogeelien ala heräsi eloon, ja huippuluokan laitokset, kuten NASA ja Berkeley Labs, työskentelivät alan tutkimuksessa. Niitä on pidetty jääkaappien polyuretaanivaahdon korvaajana ja ikkunoiden eristeenä. Airgelia on käytetty NASAn avaruusoperaatioissa mikrometeoriittihiukkasten sieppaamiseen tutkimusta varten vahingoittamatta niiden rakennetta.

Airgel valmistetaan vapauttamalla kaikki vesi kolloidisesta silikageelistä häiritsemättä sen kokonaisrakennetta. Kun geelit kuolevat normaalissa lämpötilassa ja paineessa, pintajännitys pienissä geelihuokosissa saa rakenteen supistumaan ja pienentymään noin kymmenkertaiseksi alkuperäiseen tilavuuteensa nähden. Aerogeelin valmistuksessa geeli asetetaan astiaan, jossa on korkea kuumuus (10 ° C tai 280 ° F) ja paine (536 paunaa neliötuumaa kohden tai 1800 newtonia neliösenttimetriä kohti). Tämä saa geelin sisällä olevan nesteen siirtymään ylikriittiseen tilaan, jolloin faasin siirtyminen nesteestä kaasuksi tapahtuu ilman siihen liittyvää kutistumista, mikä aiheuttaa hienon geelirakenteen romahtamisen. Tätä prosessia kutsutaan ylikriittiseksi kuivaukseksi. Aluksi aerogeelien luominen kesti päiviä, mutta parannukset ovat lyhentäneet kuivumisaikaa muutamaan tuntiin. Prosessi on edelleen energianhimoinen, mikä johtaa aerogeelien korkeisiin kustannuksiin.

Aerogeelejä voidaan todella pitää ”avaruusajan materiaalina”, kehittyneenä ainejärjestelynä, jolla ei ole analogia. Sitä voidaan jonain päivänä käyttää monissa sovelluksissa asunnon eristyksestä uusiin taideteoksiin. Monet nuoret tutkijat keskittyvät aineisiin sekoittamalla airgeeliä lisäaineiden, kuten hiilen, kanssa sen eristysominaisuuksien parantamiseksi tai pyrkivät minimoimaan huokosten koon, jotta airgel olisi mahdollisimman läpinäkyvä. Tulevaisuuden tutkimukselle on monia suuntaa ja monia mahdollisia sovelluksia, jos tämä tutkimus tuottaa hedelmää.