Az aerogélek a világ legkönnyebb szilárd anyagai, szinte olyan könnyűek, mint a levegő. Ezt a kis sűrűséget a rendkívül nagy porozitásukkal érik el. Az aerogélek szilárd vázát üveg, kerámia, polimer vagy hibrid-anyagok szolgáltatják, és az általuk közbezárt nanoméretű pórusokat, üregeket levegő tölti ki. A pórusok átmérője jellemzően 1 100 nm közé esik. Az első aerogélt 1931-ben Samual Kistler készítette Kaliforniában. Vízüvegből (Na 2 3 vizes oldatából) gyártott szilika aerogélt. Kistler az aerogélek névadója is. Később megfeledkeztek az aerogélekről majd 50 évre. Az 1980-as években indultak újra az aerogél kutatások, fém-alkoxidok felhasználásával. 1990-ben számoltak be először szén aerogélről. 1999-ben a NASA először alkalmazta a szilika aerogéleket az űrtechnikában, csillagközi porok gyűjtésére.
A szilika aerogélek 15 Guinness rekordot tartanak! A világ legkisebb sűrűségű szilárd anyagai (95 99,8%-uk levegő). 2003-ig 3 mg/cm 3 volt a rekord, 2003-ban 3 (a levegőé 1,2 mg/cm 3 )! (pl. a víz sűrűsége 500x-a, a szilika/kvarcüvegé 2000x-e az aerogélekének) Ipari méretekben 10 300 mg/cm 3 sűrűségű, 600 1000 m 2 /g fajlagos felületű szilika aerogélt gyártanak. A laza, pórusos szerkezetet felépítő elemi részecskék mérete 2 10 nm. A világ legjobb hőszigetelő anyagai endkívül kicsi a hővezetőképességük: 0,03 0,004 W/mK. Egy 18 mm vastagságú szilika aerogélréteg megvéd a Mars 130 C-os hidegétől is! 2,5 cm-es aerogélréteg jobban szigetel, mint 20 egymásra ragasztott termopanüveg. Alevegő nem tud cirkulálni az aerogélek pórusrendszerében, a hőátadás egyik típusa sem (hővezetés, sugárzás, konvekció) jellemző ezekre az anyagokra. A világ legjobb hangszigetelő anyagai
Kiváló elektromos szigetelő anyagok Átlátszó anyagok, sötét háttér előtt kék árnyalatúak, világos háttér előtt sárgák. A színárnyalatokat a látható fény rövidebb hullámhosszú sugarainak szórása okozza (ayleigh-szórás az 5 100 nm-es részecskéken és pórusokon). A világ egyik legjobb nedvszívó anyagai.
Kiváló elektromos szigetelő anyagok Átlátszó anyagok, sötét háttér előtt kék árnyalatúak, világos háttér előtt sárgák. A színárnyalatokat a látható fény rövidebb hullámhosszú sugarainak szórása okozza (ayleigh-szórás az 5 100 nm-es részecskéken és pórusokon). A világ egyik legjobb nedvszívó anyagai. A nyomószilárdságuk jó, annak ellenére, hogy a laza szerkezetek igen törékenyek. Egy 2 g-os aerogél 2,5 kg-os téglát is elbír. 6 mm-es aerogélréteg megvéd egy 1 kg-os dinamitrúd közeli robbanásától. endkívül kis törésmutatójú anyagok (1,03!)
(C 2 H 5 ) 4(al) + H 2 Ł (C 2 H 5 ) 3 (H) (al) + C 2 H 5 H H (al) + H (al) Ł (al) + H 2 (al) + H (al) Ł (al) + H gélesítés Kiindulási oldat Gél
gélesítés szárítás 1 at Xerogél Kiindulási oldat Gél szárítás szuperkritikus Aerogél
P c Nyomás Folyadék Hőmérséklet Gőz T c Szuperkritikus pont: folyadék és gőz fázis sűrűsége megegyezik T c P c ( C) (MPa) C 2 31,1 7,36 CH 3 H 240 7,93 C 2 H 5 H 243 6,36 Víz 374 22,0
50x-es nagyítás 10x-es felület let 10 000x-es felület let SEM
Nagyítás s 25 000x-es TEM 15 000x-es nagyítás H (--) (--H)
Aggregát szerkezet: Tömör, 3-D nanoméretű részecskék véletlenszerű összekapcsolódása. 3nm H H H H H H H H H H H H H H
H - + Altetra Al okta + + - - - - - + + - - - + + 3 nm-es sugarú elemi részecske
ezorcinol (melamin) + formaldehid a polikondenzáció (vizes közegben) H + C H H H
ezorcinol (melamin) + formaldehid a polikondenzáció (vizes közegben) H + C H H H
Kovalens kötésekkel összetartott, szénvázú ( C C ) porózus rendszer. Két típus: kolloidális (12-15 nm-es részecskék lazán összekötve grafitszalagokkal); polimeres (7-9 nm-es részecskék, melyek kiszélesedett nyakukon keresztül vannak összkötve). Előállítás ezorcinolból és formaldehidből aerogélt készítenek, melyet 1050 ºC-on pirolizálnak inert atmoszférában. Paraméterek pórusméret 2 50 nm; fajlagos felület 400 1000 m 2 /g; sűrűség 7 50 mg/cm 3 Elektromos vezetők! Szuperkondenzátorként alkalmazhatók (2000-5000x kisebbek, mint az ugyanilyen teljesítményű hagyományos kondenzátorok).
szűrő és szeparációs technikákban (ultra-, mikro-, molekulaszűrők, membránok, víztisztítás, pl. olajszennyezések eltávolítása a tengerekből) űrtechnikában ( Stardust collector NASA, az első 1999-ben) repülőgépek, űrhajók egységei: feladatuk a csillagközi porok gyűjtése
szűrő és szeparációs technikákban (ultra-, mikro-, molekulaszűrők, membránok, víztisztítás űrtechnikában ( Stardust collector NASA) repülőgépek, űrhajók egységei: feladatuk a csillagközi porok gyűjtése szigetelés technikában (épületek, ablakok, járművek, hűtőszekrények) NASA a MAS VE-ben hőszigetelőként alkalmazza a szilika aerogélt.
szűrő és szeparációs technikákban (ultra-, mikro-, molekulaszűrők, membránok, víztisztítás űrtechnikában ( Stardust collector NASA) repülőgépek, űrhajók egységei: feladatuk a csillagközi porok gyűjtése szigetelés technikában (épületek, ablakok, járművek, hűtőszekrények) NASA a MAS VE-ben hőszigetelőként alkalmazza a szilika aerogélt. teniszütőkben (növeli a keménységet, a kontrollálhatóságot, rezgés csillapító hatású)
szűrő és szeparációs technikákban (ultra-, mikro-, molekulaszűrők, membránok, víztisztítás űrtechnikában ( Stardust collector NASA) repülőgépek, űrhajók egységei: feladatuk a csillagközi porok gyűjtése szigetelés technikában (épületek, ablakok, járművek, hűtőszekrények) NASA a MAS VE-ben hőszigetelőként alkalmazza a szilika aerogélt. teniszütőkben (növeli a keménységet, a kontrollálhatóságot, rezgés csillapító hatású) katalízisnél (katalizátorhordozók) gyógyszerhatóanyag célba juttatás (polimer aerogélek) energiatárolás (szén aerogél az I-sugárzásnak csak 0,3%-át tükrözi vissza napenergia-tárolás) (hidrogéngáz-tárolás)