Wat is aerogel

Aerogel is een soort nanoporeus vast materiaal gevormd door de sol-gelmethode, waarbij de vloeibare fase in de gel door een bepaalde droogmethode wordt vervangen door gas [1]. Zoals gelatine, Arabische gom, siliconen, haar, nagels, enz. Aerogel heeft ook de eigenschappen van gel, dat wil zeggen expansie, thixotropie en desizing.
Aerogel is de kleinste vaste stof ter wereld en een van de tien opkomende technologieën op chemisch gebied in 2022.
Aerogel is een soort vaste materiaalvorm, die de kleinste dichtheid ter wereld heeft. De dichtheid is 3 kilogram per kubieke meter. De gebruikelijke aerogel is siliciumaerogelgel, die voor het eerst werd gemaakt door de Amerikaanse wetenschapper Kistler in 1931 om met zijn vrienden te gokken. Er zijn veel soorten aerogels, waaronder silicium, koolstof, zwavel, metaaloxide, metaal enzovoort. Aerogel is een samengesteld woord. Hier is aero een bijvoeglijk naamwoord dat 'in de lucht' betekent. Gel is duidelijk gel. Het betekent letterlijk gel van lucht. De gel van welke stof dan ook kan aerogel worden genoemd, zolang deze maar kan worden gedroogd om het interne oplosmiddel te verwijderen en de vorm in wezen onveranderd te houden, en het product een hoge porositeit en een lage dichtheid heeft.
Omdat de dichtheid extreem laag is, is de lichtste aerogel slechts 0,16 mg/cm3, iets lager dan de luchtdichtheid, daarom wordt het ook wel ‘bevroren rook’ of ‘blauwe rook’ genoemd. Vanwege de extreem kleine deeltjes binnenin (op nanometerniveau) verstrooit zichtbaar licht minder wanneer het erdoorheen gaat (Rayleigh-verstrooiing), net zoals zonlicht door de lucht gaat. Daarom ziet het er ook blauw uit, net als de lucht (als er niets anders in zit), en lichtjes rood als je het in het licht bekijkt. De lucht is blauw, terwijl de avondlucht rood is. Omdat de aerogel voor meer dan 80% uit lucht bestaat, heeft deze een zeer goed warmte-isolerend effect. Een aerogel van een centimeter dik komt overeen met 20 tot 30 stukjes gewoon glas. Zelfs als de aerogel tussen de roos en de vlam wordt geplaatst, zal de roos helemaal niet beschadigen. Aerogel wordt ook op verschillende manieren gebruikt bij ruimteverkenning, waaronder het Russische ruimtestation "Peace" en de Amerikaanse "Mars Pathfinder" -sondes. Aerogels worden ook gebruikt als detectoren van het Cherenkov-effect in experimenten met deeltjesfysica. Een deeltjesdiscriminator genaamd Aerogel Cherenkov Counter (ACC) in de Belle experimentele detector van de B-mesonfabriek, een onderzoeksinstituut op het gebied van hoge-versnellers, is een recent toepassingsvoorbeeld. De aerogel die in deze detector wordt gebruikt, heeft de kenmerken van een lage brekingsindex tussen vloeistof en gas, evenals een hoge transmissie en vaste toestand, wat superieur is aan de traditionele methode van het gebruik van cryogene vloeistoffen of lucht onder hoge druk. Ondertussen is het lichtgewicht karakter ook een van de voordelen.
Dit nieuwe materiaal heeft een dichtheid van slechts 3,55 kilogram per kubieke meter, wat slechts 2,75 keer de dichtheid van lucht is; De dichtheid van droog dennenhout (500 kilogram per kubieke meter) is 140 keer zo groot. Deze stof lijkt op gestolde rook, maar de samenstelling is vergelijkbaar met glas. Door de extreem lage dichtheid is het zeer geschikt voor lucht- en ruimtevaarttoepassingen. NASA Jet Propulsion Laboratory, een nieuwe aerogel ontwikkeld door Dr. Jones, bestaat voornamelijk uit pure silica. Tijdens het productieproces wordt de vloeibare siliciumverbinding eerst gemengd met het vloeibare oplosmiddel dat snel kan verdampen om gel te vormen, en vervolgens wordt de gel gedroogd in een instrument dat lijkt op een onder druk staande vergister, en na verwarming en drukverlaging wordt een poreuze sponsstructuur gevormd. Het aandeel lucht in de uiteindelijke aerogel verkregen door Dr. Jones bedroeg 99,8%.
Aerogel wordt soms "vaste rook" of "bevroren rook" genoemd vanwege de doorschijnende kleur en het ultralichte gewicht. Dit nieuwe materiaal lijkt misschien kwetsbaar, maar is in werkelijkheid heel stevig en duurzaam, en bestand tegen temperaturen tot 1400 graden Celsius. Deze kenmerken van aerogels hebben veel toepassingen bij ruimteverkenning. Aerogelmaterialen worden gebruikt op het Russische ruimtestation "Peace" en het Amerikaanse ruimtevaartuig "Mars Pathfinder".