Aerogel

Historie

Poprvé byl vytvořen Samuelem Stephensem Kistlerem v roce 1931 procesem superkritického sušení. Principem této metody je nahrazení kapaliny kapalinou jinou, ovšem s nižší kritickou teplotou a tlakem. +more Podmínkou je, že měněné kapaliny jsou neomezeně mísitelné (např. voda (Tk=374 °C pk=217,7 atm) může být nahrazena alkoholem (Tk=241 °C pk=62,2 atm) a ten éterem (Tk=127 °C pk=53 atm)). Poté se gel za vysokého tlaku ohřeje nad kritickou teplotu a veškerá kapalina se okamžitě přemění na plyn. Jedině tak nedojde ke zdeformování gelu vlivem kapilárních jevů, které by provázely vypařování.

Vlastnosti

Vnitřní struktura aerogelu se skládá z křemičitých dutých koulí o velikosti řádově několika nanometrů. Díky jejich uspořádání a tvaru má materiál obrovský vnitřní povrch (1 g až 1 000 m²), tudíž je ideální pro absorpci. +more Hustota aerogelu je pouze 3 mg/cm3 (3 kg/m3). V Lawrence Livermore National Laboratory se vědcům podařilo dosáhnout hustoty dokonce jen 1,9 mg/cm3. Aerogel tak nějakou dobu byl pevná látka s nejnižší známou hustotou, poté jej nahradily jiné materiály. Snese až 2 000krát větší zatížení než je jeho vlastní hmotnost. Jeho porozita přesahuje 95 % a má velmi širokou distribuci pórů od 10−10 do 10−6 m. Má rovněž extrémně nízkou tepelnou vodivost (0,015-0,020 W·m−1. K−1; pro srovnání, vzduch má tepelnou vodivost 0,026 W·m−1. K−1, minerální vata a polystyren 0,035 W·m−1. K−1) . Jeho teplota tání je cca 1 200 °C. Dobře tlumí vibrace a zvuk. Díky těmto vlastnostem má patnáct záznamů v Guinnessově knize rekordů. Problémem může být (pro optické aplikace) jeho namodralá barva.

Využití

Jako zatím nejslibnější využití aerogelu se jeví tepelná izolace. Materiál má 40krát lepší izolační vlastnosti než sklo a přitom váží jen tisícinu jeho hmotnosti. +more Marsovské vozítko Sojourner mohlo díky izolaci z aerogelu tři měsíce pracovat při extrémních teplotách. Ačkoliv v noci klesaly teploty k −67 °C, uvnitř vozítka teplota neklesla pod 21 °C. Vozítko přitom nemělo žádný vnitřní tepelný zdroj. Jelikož má aerogel otevřené póry, plyny a kapaliny jím mohou procházet s minimálními omezeními. Proto jej lze využívat pro katalytické reakce, výrobu mikrofiltračních membrán, adsorbentů apod. Díky tomu byl také použit jako lapač prachových částic na sondě Stardust.

Komerčně byl aerogel použit v granulované formě pro zlepšení izolačních vlastností střešních oken. První zkušební použití aerogelu jako izolátoru je v Georgia Institute of Technology's Solar Decathlon House, kde je použit jako polotransparentní střecha. +more Transparentní silikonový aerogel by byl velmi vhodný jako tepelná izolace pro okna, významně omezující tepelné ztráty budov. Jeden z výzkumných týmů prokázal, že produkce aerogelu v beztížném stavu může tvořit částečky více stejnorodé a redukovat tak rozptyl světelného paprsku, což činí aerogel více transparentním.

Díky velkému vnitřnímu povrchu jeho struktury lze aerogel použít jako pohlcovač chemických látek, katalyzátor či nosič katalyzátoru.

Aerogel v prachové podobě je používán jako zahušťovadlo v barvách a kosmetických přípravcích.

Vlastnosti Aerogelu mohou být modifikovány pro konkrétní použití přidáním legovacích látek posilujících a měnících strukturu. Díky tomu je velmi žádaný a neustále rozšiřuje pole svého využití.

Komerční výroba aerogelových „izolačních rohoží“ začala kolem roku 2000. Izolační rohože jsou složeny z aerogelu a vláknité výztuhy, která mění křehký aerogel na odolný, flexibilní materiál. +more Mechanické a tepelné vlastnosti produktu mohou být upravovány použitím rozmanitých vláken, forem aerogelu a kalících přísad použitých v kompozitu.

Vojenské námořnictvo USA zkoumá použití aerogelového spodního prádla jako pasivní tepelné ochrany pro potápěče.

Aerogel se v jaderné fyzice používá jako „zářič“ v detektorech Čerenkovova efektu. ACC systém Belle detektor (Belle Experiment v KEKB) je nejnovější příklad takového využití.

Využitelnost aerogelu spočívá také v jeho nízkém indexu lomu a průhlednosti v pevném stavu, kdy je vhodnějším materiálem než kryogenní kapaliny nebo stlačené plyny.

Jeho nízké hmotnosti se využívá i ve vesmírných programech.

Impregnací roztokem iontů vhodných sloučenin nebo tranzitních kovů je možné připravit kovovo-aerogelový nanokompozit. Impregnovaný aerogel je ozářen gama paprsky, což vede ke srážení nanočástic kovu. +more Takový kompozit může být využit jako katalyzátor, čidlo, elektromagnetické stínění nebo při likvidaci odpadu.

Aerogel může díky své biokompatibilitě sloužit jako nosič léku. Léky jsou adsorbovány velkým vnitřním povrchem a pórovitou strukturou. +more Rychlost jejich uvolňování může být přizpůsobena úpravou vlastností aerogelu - nosiče.

Uhlíkový aerogel je využíván v konstrukci malých elektrochemických dvouvrstvých superkondenzátorů. Aerogelový superkondenzátor může mít velmi nízkou impedanci ve srovnání s normálním a může absorbovat či produkovat velmi vysoké špičkové proudy.

Dunlop nedávno začlenil aerogel do konstrukce nových sérií svých tenisových a squash raket.

Chalcogel se ukázal být slibným v pohlcování těžkých kovů, rtuti, olova a kadmia z vody.

Odkazy

Reference

Externí odkazy

[url=http://stardust. jpl. +morenasa. gov/photo/aerogel. html]Aerogel Photos[/url] (en) * [url=http://www. aldebaran. cz/bulletin/2003_40_aer. html]Aerogely a kosmický prach[/url] * [url=http://sweb. cz/novakoviny/veda3g. html]Aerogel - zázračný materiál z vesmíru[/url] * [url=http://www. oknavesmiru. cz/index. php. option=com_content&task=view&id=75&Itemid=92]Aerogel[/url] * [url=http://www. imaterialy. cz/clanky/materialy/2105/plasty-pro-stavebnictvi-a-nbsparchitekturu-4-aerogel/]Plasty pro stavebnictví a architekturu 4 - Aerogel[/url].

Kategorie:Gely Kategorie:Křemičité sloučeniny