Materiale nanostructurate

Aerogelurile

Aerogelul este un material sintetic proros ultrausor, derivat dintr-un gel ,in care componenta lichida a fost inlocuita cu un gaz. In final a rezultat un produs cu o densitate foarte mica si o conductivitate termica foarte joasa. Aerogelul mai poarta numele si de „fum congelat” , „ fum solid” , „ aer solid” sau fum albastru ,datorita modului in care lumina se risipeste in material.La atingere acesta se simte ca si cum ar fi un polistiren expandat.Acesta poate fi realizat dintr-o mare varietate de compusi chimici.

Aerogelul a luat nastere cu ajutorul lui Samuel Stephens Kistler in anul 1931 ,ca urmare a unui pariu cu Charles Learned . Pariul dintre cei doi a fost inventarea unui lichid , care sa inlocuiasca lichidul din „Jeleuri” cu anumite gaze naturale, fara a provoca o contractie a acestora.

Fig 1. Samuel Stephens Kistler

Aerogelurile sunt produse prin extragerea unui lichid, acest lichid fiind extras printr- o uscare rapida sau critica a gelului.Astfel se permite lichidului sa se usuce incet.Primele aerogeluri au fost realizate / produse din geluri de siliciu, lucru care mai tarziu a facut posibila desocperirea de alte materiale care puteau sta la baza aerogelurilor, materiale cum ar fi : alumina , oxid de crom si dioxid de staniu. Aerogelul nu are un material anume si nu este desemnat de nicio formulaa chimica, dar termenul de material este folosit pentru a putea fi grupat cu celelalte materiale care au o anumita structura geometrica.

In ciuda numelui , aerogelii sunt materiale solide, rigide si uscate ,care nu seamana cu niciun fel de gel, iar numele provine de la faptul ca acestea sunt realizate din geluri.Daca vom apasa pe un aerogen ,vom observa ca in material nu ramane niciun semn minor , iar daca solicitam putin mai mult materialul vom observa ca va crea o gaura permanenta.Iar daca vom duce apasarea putin mai spre extrem , vom observa ca structura rara va fi defalcata,iar in cele din urma acesta se va sparge precum sticla - o propietate cunoscuta pe care o are materialul poarta numele de friabilitate - in ciudata faptului ca este predispus la spargere, acesta este foarte puternic la nivel structural. Abilitatile sale portante se datoreaza microstructurilor la nivel dendritic, in care particulele sferice au o marime medie de circa 2-5 nm ,particule care se gasesc in clustere.Aceste grupuri formeaza o structura poroasa tridimensionala de lanturi fractale ,cu pori doar sub 100nm.Marimea si densitatea porilor poate fi controlata in timpul procesului de fabricatie.

Aerogelul este un material care cotine 98,2% aer, fiind o retea solida poroasa ,care contine bule de aer.Lipsa materialului solid permite ca aerogelul sa aiba o greuate nula , adica acesta sa nu aiba greutate.

Fig 2 . Reteaua solida poroasa a unui aerogel

Aerogelii sunt foarte buni izolatori termici pentru ca aproape anuleaza doua din cele trei metode de transfer de caldura ( convectie, concuctie si radiatie) . Sunt foarte buni izolatori pentru materialele conductive pentru ca sunt creati in intregime din gaze.