L’aérogel est un matériau synthétique ultra-léger et poreux dérivé d’un gel, dans lequel le composant liquide du gel a été remplacé par un gaz. Le résultat est un solide avec une densité extrêmement basse et une faible conductivité thermique. Les surnoms incluent la fumée gelée, la fumée solide, l’air solide, les nuages ​​solides, la fumée bleue en raison de sa nature translucide et de la façon dont la lumière se disperse dans le matériau. On se sent comme du polystyrène expansé fragile au toucher. Les aérogels peuvent être fabriqués à partir d’une variété de composés chimiques.

Airgel a été créé par Samuel Stephens Kistler en 1931, à la suite d’un pari avec Charles Learn sur la question de savoir qui pourrait remplacer le liquide des « gelées » par du gaz sans provoquer de rétrécissement.

Les aérogels sont produits en extrayant le composant liquide d’un gel par séchage supercritique.Cela permet au liquide de sécher lentement sans provoquer d’effondrement de la matrice solide dans le gel, comme cela se produirait avec une évaporation conventionnelle. Les premiers aérogels ont été produits à partir de gels de silice. Les travaux ultérieurs de Kistler concernaient des aérogels à base d’alumine, d’oxyde de chrome et de dioxyde d’étain. Les aérogels de carbone ont été développés à la fin des années 1980.

L’aérogel n’est pas un matériau unique avec une formule chimique définie, le terme est utilisé pour regrouper tous les matériaux ayant une certaine structure géométrique.

Définition IUPAC
Aérogel: Gel composé d’un solide microporeux dans lequel la phase dispersée est un gaz.

Note 1: La silice microporeuse, le verre microporeux et les zéolithes sont des exemples courants d’aérogels.

Note 2: Corrigé de la référence, où la définition est une répétition de la définition incorrecte d’un gel suivie d’une référence inexplicite à la porosité de la structure.

Propriétés
Malgré leur nom, les aérogels sont des matériaux solides, rigides et secs dont les propriétés physiques ne ressemblent pas à un gel: le nom vient du fait qu’ils sont fabriqués à partir de gels.Appuyer doucement sur un aérogel ne laisse généralement pas même une petite marque; appuyer plus fermement laissera une dépression permanente. Une pression extrêmement ferme provoquera une panne catastrophique de la structure clairsemée, qui se brisera comme du verre (une propriété connue sous le nom de friabilité), bien que les variations plus modernes n’en souffrent pas. En dépit du fait qu’il est sujet à la destruction, il est très fort structurellement. Ses capacités de charge impressionnantes sont dues à la microstructure dendritique, dans laquelle des particules sphériques de taille moyenne (2 à 5 nm) sont fusionnées en une grappe. Ces groupes forment une structure tridimensionnelle hautement poreuse de chaînes presque fractales, avec des pores d’un peu moins de 100 nm. La taille moyenne et la densité des pores peuvent être contrôlées au cours du processus de fabrication.

L’aérogel est un matériau contenant 99,8% d’air. Les aérogels ont un réseau solide poreux qui contient des poches d’air, ces dernières occupant la majeure partie de la place occupée par le matériau. L’absence de matériau solide permet à l’aérogel d’être presque sans poids.
Les aérogels sont de bons isolants thermiques, car ils annulent presque deux des trois méthodes de transfert de chaleur – la conduction (elles sont principalement composées de gaz isolant) et la convection (la microstructure empêche le mouvement net des gaz). Ce sont de bons isolants conducteurs, car ils sont presque entièrement composés de gaz, qui conduisent très mal la chaleur.(L’aérogel de silice est un très bon isolant, car la silice est également un mauvais conducteur de la chaleur; un aérogel métallique ou au carbone serait en revanche moins efficace.) Ce sont de bons inhibiteurs de convection car l’air ne peut pas circuler à travers le réseau. Les aérogels sont de mauvais isolants radiatifs car ils sont traversés par les rayons infrarouges (qui transfèrent de la chaleur).

En raison de sa nature hygroscopique, l’aérogel est sec et agit comme un dessicant puissant. Les personnes qui manipulent l’aérogel pendant de longues périodes doivent porter des gants pour prévenir l’apparition de boutons secs et cassants sur leur peau.

La légère couleur qu’elle a est due à la diffusion Rayleigh des plus courtes longueurs d’onde de la lumière visible par la structure dendritique de taille nanométrique. Cela le fait apparaître bleu fumée sur les fonds sombres et jaunâtre sur les fonds clairs.
Les aérogels en eux-mêmes sont hydrophiles, mais un traitement chimique peut les rendre hydrophobes. S’ils absorbent l’humidité, ils subissent généralement un changement structurel, tel qu’une contraction, et se détériorent, mais leur dégradation peut être empêchée en les rendant hydrophobes. Les aérogels à intérieur hydrophobe sont moins susceptibles de se dégrader que ceux contenant uniquement une couche hydrophobe externe, même si une fissure pénètre à la surface.

Effet Knudsen
Les aérogels peuvent avoir une conductivité thermique inférieure à celle du gaz qu’ils contiennent.Ceci est dû à l’effet Knudsen, une réduction de la conductivité thermique dans les gaz lorsque la taille de la cavité englobant le gaz devient comparable au libre parcours moyen. En effet, la cavité restreint le mouvement des particules de gaz, diminuant la conductivité thermique et éliminant la convection. Par exemple, la conductivité thermique de l’air est d’environ 25 mW / m • K au STP et dans un grand conteneur, mais diminue à environ 5 mW / m • K dans un pore de 30 nanomètres de diamètre.

Structure
La structure de l’aérogel résulte d’une polymérisation sol-gel qui se produit lorsque des monomères (molécules simples) réagissent avec d’autres monomères pour former un sol ou une substance constituée de macromolécules réticulées, liées, avec entre elles des dépôts de solution liquide.Lorsque le matériau est chauffé de manière critique, le liquide est évaporé et le cadre de macromolécule réticulé, lié, est laissé. Le résultat de la polymérisation et du chauffage critique est la création d’un matériau ayant une structure forte et poreuse classée en aérogel. Les variations de synthèse peuvent modifier la surface et la taille des pores de l’aérogel. Plus la taille des pores est petite, plus l’aérogel est susceptible de se fracturer.

Étanchéité
L’aérogel contient des particules d’un diamètre de 2 à 5 nm. Après la création de l’aérogel, il contiendra une grande quantité de groupes hydroxyle à la surface. Les groupes hydroxyle peuvent provoquer une forte réaction lorsque l’aérogel est placé dans l’eau, entraînant sa dissolution catastrophique dans l’eau. Une façon d’imperméabiliser l’aérogel hydrophile consiste à tremper l’aérogel avec une base chimique qui remplacera les groupes hydroxyle de surface (–OH) par des groupes non polaires (–OR), processus qui est plus efficace lorsque R est un groupe aliphatique.

Porosité de l’aérogel
Il existe plusieurs façons de déterminer la porosité de l’aérogel: les trois méthodes principales sont l’absorption de gaz, la porosimétrie au mercure et la méthode de diffusion. Lors de l’adsorption de gaz, l’azote à son point d’ébullition est adsorbé dans l’échantillon d’aérogel. Le gaz adsorbé dépend de la taille des pores de l’échantillon et de la pression partielle du gaz par rapport à sa pression de saturation. Le volume du gaz adsorbé est mesuré en utilisant la formule de Brunauer, Emmit et Teller (BET), qui donne la surface spécifique de l’échantillon. À haute pression partielle dans l’adsorption / désorption, l’équation de Kelvin donne la distribution de la taille des pores de l’échantillon. Dans la porosimétrie au mercure, le mercure est forcé dans le système poreux de l’aérogel pour déterminer la taille des pores, mais cette méthode est extrêmement inefficace, car le cadre solide de l’aérogel s’effondrera sous l’effet de la force de compression élevée. La méthode de diffusion implique la déviation du rayonnement dépendant de l’angle dans l’échantillon d’aérogel. L’échantillon peut être constitué de particules solides ou de pores. Le rayonnement pénètre dans le matériau et détermine la géométrie fractale du réseau de pores de l’aérogel. Les meilleures longueurs d’onde de rayonnement à utiliser sont les rayons X et les neutrons. L’Aerogel est aussi un réseau ouvert et poreux: la différence entre un réseau ouvert et un réseau fermé est que, dans le réseau ouvert, des gaz peuvent entrer et sortir de la substance sans aucune limitation, alors qu’un réseau fermé poreux emprisonne les gaz dans le matériau à forcer. qu’ils restent dans les pores. La haute porosité et la grande surface des aérogels de silice permettent leur utilisation dans diverses applications de filtration environnementale.

Matériaux

Silice
L’aérogel de silice est le type d’aérogel le plus courant et le plus largement étudié et utilisé. Il est à base de silice et peut être dérivé de gel de silice ou par un procédé Stober modifié. La nanofoam de silice de densité la plus faible pèse 1 000 g / m3, ce qui est la version évacuée de l’aérogel record de 1 900 g / m3. La densité de l’air est de 1200 g / m3 (à 20 ° C et 1 atm). En 2013, la densité de l’aérographène était inférieure à 160 g / m3, soit 13% de la densité de l’air à la température ambiante.

La silice se solidifie en grappes tridimensionnelles entrelacées qui ne représentent que 3% du volume. La conduction à travers le solide est donc très faible. Les 97% restants du volume sont composés d’air dans des nanopores extrêmement petits. L’air a peu de place pour se déplacer, inhibant à la fois la convection et la conduction en phase gazeuse.

Les aérogels de silice ont également une transmission optique élevée d’environ 99% et un faible indice de réfraction d’environ 1,05.

Il possède des propriétés isolantes thermiques remarquables, avec une conductivité thermique extrêmement basse: de 0,03 W / (m • K) à la pression atmosphérique à 0,004 W / (m • K) dans un vide modeste, ce qui correspond à des valeurs de R de 14 à 105. (US US) ou 3,0 à 22,2 (métrique) pour une épaisseur de 89 mm (3,5 po). À titre de comparaison, l’isolation murale typique est de 13 (US) ou de 2,7 (métrique) pour la même épaisseur. Son point de fusion est de 1 473 K (1 200 ° C).

Jusqu’en 2011, l’aérogel de silice détenait 15 entrées dans le Guinness World Records pour les propriétés des matériaux, y compris le meilleur isolant et le solide de densité la plus faible, bien qu’il ait été évincé de ce dernier titre par les matériaux encore plus légers aérographite en 2012, puis aérographène en 2013.

Carbone
Les aérogels de carbone sont composés de particules de taille nanométrique liées par covalence. Ils ont une très haute porosité (plus de 50%, avec un diamètre de pores inférieur à 100 nm) et des surfaces comprises entre 400 et 1 000 m2 / g. Ils sont souvent fabriqués en papier composite: papier non tissé à base de fibres de carbone, imprégné d’aérogel de résorcinol-formaldéhyde et pyrolysé.En fonction de la densité, les aérogels de carbone peuvent être électriquement conducteurs, ce qui rend le papier aérogel composite utile pour les électrodes dans les condensateurs ou les électrodes de déionisation. En raison de leur surface extrêmement élevée, les aérogels de carbone sont utilisés pour créer des supercondensateurs, avec des valeurs allant jusqu’à des milliers de farads, basés sur une densité de capacité de 104 F / g et 77 F / cm3. Les aérogels de carbone sont également extrêmement «noirs» dans le spectre infrarouge et ne reflètent que 0,3% des rayonnements entre 250 nm et 14,3 µm, ce qui les rend efficaces pour les capteurs d’énergie solaire.

Le terme « aérogel » pour décrire les masses aériennes de nanotubes de carbone produites par certaines techniques de dépôt chimique en phase vapeur est incorrect. De tels matériaux peuvent être filés en fibres avec une résistance supérieure à celle du Kevlar et des propriétés électriques uniques. Cependant, ces matériaux ne sont pas des aérogels, car ils ne possèdent pas de structure interne monolithique et ne présentent pas la structure de pores régulière caractéristique des aérogels.

Oxyde métallique
Les aérogels d’oxydes métalliques sont utilisés comme catalyseurs dans diverses réactions / transformations chimiques ou comme précurseurs d’autres matériaux.

Les aérogels à base d’oxyde d’aluminium sont appelés aérogels d’alumine. Ces aérogels sont utilisés comme catalyseurs, notamment lorsqu’ils sont « dopés » avec un métal autre que l’aluminium.L’aérogel nickel-alumine est la combinaison la plus courante. La NASA envisage également d’utiliser des aérogels d’alumine pour capturer les particules de l’hypervélocité; une formulation dopée au gadolinium et au terbium pourrait produire une fluorescence au site d’impact de la particule, la quantité de fluorescence dépendant de l’énergie d’impact.

L’une des différences les plus notables entre les aérogels de silice et les aérogels d’oxydes métalliques réside dans le fait que les aérogels d’oxydes métalliques sont souvent de couleurs variées.

Aérogel	Couleur
Silice, alumine, oxyde de titane, zircone	Effacer avec Rayleigh diffusant bleu ou blanc
Oxyde de fer	Rouille rouge ou jaune, opaque
Chromia	Vert foncé ou bleu profond, opaque
Vanadia	Vert olive, opaque
Oxyde de néodyme	Violet, transparent
Samarie	Jaune, transparent
Holmia, Belgique	Rose, transparent

Autre
Les polymères organiques peuvent être utilisés pour créer des aérogels. SEAgel est composé d’agar. La cellulose de plantes peut être utilisée pour créer un aérogel flexible.

Le chalcogel est un aérogel composé de chalcogènes (la colonne d’éléments du tableau périodique commençant par l’oxygène) tels que le soufre, le sélénium et d’autres éléments. Des métaux moins coûteux que le platine ont été utilisés dans sa création.

Des aérogels à base de points quantiques de séléniure de cadmium dans un réseau 3D poreux ont été développés pour être utilisés dans l’industrie des semi-conducteurs.

Les performances de l’aérogel peuvent être augmentées pour une application spécifique par l’ajout de dopants, de structures de renforcement et de composés hybridants. Aspen Aerogels fabrique des produits tels que Spaceloft, qui sont des composites d’aérogel avec une sorte de molleton fibreux.

Bio-alternatives de remplacement (bioaérogels)
L’aérogel le plus connu est à base de silice, mais les chercheurs cherchent à produire des aérogels biosourcés, peut-être plus puissants que la silice.

La gélule est un matériau similaire à l’aérogel organique en gélose, avec un goût et une texture rappelant celui des gâteaux de riz.

Le Maerogel consiste en son riz de base (principalement dans l’industrie du riz) et réduit les coûts par rapport à d’autres procédés. Ce processus permet de diviser par six les coûts.

L’aéropectine est produite à partir d’écorces d’agrumes (2015) mais est trop hygroscopique pour en faire un isolant.

L’aérogel d’amidon (en fait un mélange d’amylose et d’amylopectine) pouvant provenir par exemple du maïs ou du pois de qualité supérieure. Il est également très hygroscopique mais pourrait peut-être être recouvert d’un revêtement le rendant plus stable et plus hydrophobe. Il est plus résistant que l’aérogel de silice mais avec un coefficient de conductivité thermique un peu moins bon mais néanmoins autour de 0,021 W m -1 K -1 (0,025 à environ 0,035 et l’air W m -1 K -1 pour la laine de roche et le polystyrène).

Leurs performances thermiques pourraient être améliorées au cours de la fabrication: l’amidon dissous dans de l’eau agitée sous une pression et une température déterminées et agité mécaniquement pour rompre et disperser les grains est ensuite refroidi à 4 ° C (phase de « rétrogradation ») et se gélifie avant de le remplacer par un solvant pendant une phase de séchage supercritique (l’acétone pourrait y remplacer l’éthanol) puis le solvant est désorbé et remplacé par de l’air. Le Centre de Fitness des Matériaux (Cemef) Mines Paris-Tech étudie ce matériau.

Fabrication
En principe, la fabrication de l’aérogel consiste à remplacer le composant liquide d’un gel de silice (pour un aérogel de silice) par du gaz. Techniquement, le processus est plus complexe. En effet, la structure du gel a tendance à s’effondrer lorsqu’il est simplement séché. Il devient poreux et s’effrite.

En pratique, l’hydrogel, un gel de silice utilisé en particulier pour les lentilles de contact souples, est séché dans des conditions de température et de pression extrêmes en remplaçant l’eau par un liquide tel que l’éthanol en présence d’un « précurseur », l’alcoxyde de silice. L’alcoxyde est une sorte de catalyseur pour la réaction. Il est composé d’un alcool et de silicone. Sa formule est Si (OR) 4. Cette réaction produit de la silice:
Si (OCH ₂ CH ₃ ) _{4 (Liq.)} + 2H ₂ O _(Liq.) → SiO _{2 (solide)} + 4HOCH ₂ CH _{3 (Liq.)} .

La silice est un composé minéral stable de formule SiO 2. Vient ensuite un processus appelé séchage surcritique (en anglais: séchage surcritique). En thermodynamique, le point critique est une phase de transition entre les liquides et les gaz. Fondamentalement, les états liquide et vapeur sont microscopiquement identiques: ils se caractérisent par un désordre des atomes ou des molécules. Il existe également une pression et une température (dite critique) pour lesquelles cette courbe de coexistence liquide-vapeur s’arrête brusquement. Au-delà, le corps n’est ni liquide ni gazeux: c’est une phase fluide. C’est par ce processus que l’alcool est retiré du gel. Cette opération est effectuée dans un autoclave à des pressions allant de 50 à 60 bars, à des températures de 5 à 10 ° C et pendant 12 heures à 6 jours. Le but est alors atteint, le liquide a été remplacé par un gaz sans que la structure du gel s’effondre ou réduise le volume.

Il existe des procédés de fabrication d’aérogel à la température et à la pression ambiantes, mais ils sont pour le moment gardés secrets par les industriels.

Production
Les aérogels sont fabriqués en séchant un gel de matière gélatineuse, principalement de la silice, dans des conditions extrêmes. La première synthèse d’aérogels de silicate a été réalisée par Samuel Stephens Kistler en 1931/32. Il a d’abord développé une méthode pour sécher les gels sans eux, il y avait un retrait.

L’aérogel de silicate selon Kistler
Kistler a utilisé du silicate de sodium, qu’il a mélangé avec de l’eau pour former une solution (verre à eau). Après l’addition d’un acide chlorhydrique précipitant – réactif agissant, la silice de (réaction de précipitation) est tombée avec le temps, ce qui a provoqué la collision avec le mouvement brownien.

Ou:

En raison de l’adhérence graduelle, ces particules se sont agrégées au fil du temps et en l’espace d’environ un jour, un gel à structure réticulée s’est formé. À partir de là, le chlorure de sodium et l’acide chlorhydrique en excès ont été rincés à l’eau (Aquagel) et ont été remplacés par de l’alcool (alkogel). Cette étape est nécessaire car sinon, l’eau détruirait la structure du gel au fur et à mesure du déroulement du processus. Si l’alcool s’évapore lentement, des ménisques se forment du fait des forces superficielles agissant sur le gel, qui « s’enfoncent » dans le gel et provoquent une structure ganglionnaire dans le gel. Ceci serait associé à un retrait du gel et, par conséquent, à une structure poreuse avec seulement environ 50% de porosité, mais ceci était simplement à éviter. Kistler avait l’habitude de sécher un autoclave ainsi qu’une température et une pression élevées au-dessus du point critique de l’alcool, de sorte à former un fluide surcritique. Cette procédure s’appelle le séchage supercritique. La limite de phase entre gaz et liquide a donc été annulée; Les forces de surface, qui auraient conduit à la formation de ménisques dans l’autre cas, n’existaient plus. Le fluide supercritique a ensuite été soufflé hors de l’autoclave, provoquant le séchage du produit et sa transformation en aérogel. L’aérogel avait conservé la taille et la forme du gel d’origine, les aérogels de silicate fabriqués par Kistler ayant une densité d’environ 30 à 300 kg / m 3 et une porosité allant de 86 à 98%. Cependant, le procédé de production selon Kistler présentait le désavantage d’être long et coûteux, ce qui concernait en particulier l’échange de solvant avant l’évaporation de l’alcool.

Procédé selon Teichner – le procédé sol-gel
Stanislas Teichner a tenté de reproduire la procédure de Kistler à l’université de Lyon dans les années 1960, bien qu’il lui ait fallu des semaines pour produire de plus petits échantillons d’aérogel.En guise d’alternative, il a mis au point en 1968 le procédé sol-gel utilisé aujourd’hui comme méthode standard, qui a encore été amélioré en 1986. Le matériel de départ utilisé ici est l’orthosilicate de tétraméthyle toxique (TMOS), qui s’hydrolyse lentement en acide orthosilicique et méthanol selon l’équation de réaction ci-dessous avec une quantité définie d’eau après l’addition d’un catalyseur.

En conséquence, l’eau se sépare de la silice et des tétraèdres de SiO 2 se forment. Ceux-ci forment alors un réseau pour former un gel. Le séchage de l’alkogel résultant est à nouveau égal à la méthode de Kistler, dans laquelle le méthanol a des valeurs critiques de 239,4 ° C et de 80,9 bars.Les propriétés de l’aérogel ainsi formé, en particulier sa structure et sa densité, peuvent être contrôlées par le choix du catalyseur, du pH ou de la proportion des substances utilisées, en particulier du méthanol. La procédure est utilisée aujourd’hui à DESY et à Lund.

Autres procédures
Dans un autre processus, un groupe de recherche sous la direction d’Arlon Hunt de l’Université de Californie à Berkeley produit des morceaux d’aérogel au lieu du TMOS toxique du tétraéthyle orthosilicate (TEOS). En outre, l’éthanol combustible a été remplacé par le dioxyde de carbone, ce qui prend beaucoup de temps. Un avantage est la température critique relativement basse du dioxyde de carbone à 31 ° C, ce qui facilite considérablement le processus de séchage.

Un autre procédé est utilisé chez BASF à Ludwigshafen am Rhein, qui produit notamment des granulés d’aérogel (granulés) d’un diamètre d’environ un à six millimètres et d’une densité d’environ 200 kg / m 3. On fait réagir de l’acide sulfurique et du silicate de sodium en les pulvérisant sur un piston muni d’une buse mélangeuse. Cela conduit à la formation de sels alcalins, qui doivent être éliminés par un post-traitement. L’avantage de ce procédé réside dans les coûts comparativement inférieurs, l’inconvénient est à voir dans le pire, en particulier les propriétés optiques des granulés.

Les aérogels de carbone (CRF) sont principalement produits par la pyrolyse d’aérogels de résorcinol – formaldéhyde (RF). Dans la préparation des aérogels de résorcinol-formaldéhyde, on peut utiliser un séchage à l’air moins coûteux au lieu d’un séchage surcritique.

Applications
L’indice de réfraction des aérogels se situant dans une plage impossible à atteindre par les gaz, les liquides ou les solides classiques, ils jouent un rôle important en tant que matériau dit de radiateur pour les détecteurs Tchérenkov; Les aérogels de carbone tiennent également à leur conductivité électrique et à leur stabilité élevées dans les matériaux de recherche sur le matériau des électrodes dans les piles primaires et à combustible, les catalyseurs de véhicules et les supercondensateurs.

Support de stockage
En raison de leur forte porosité, les aérogels ont été développés initialement dans le but de préserver les possibilités de stockage des gaz et des solides. Dans les années 1960, les aérogels ont été testés pour déterminer s’ils étaient adaptés au stockage des carburants liquides.

Filtration
En raison de leur structure fine, les aérogels peuvent être utilisés comme matrice de collecte des plus petites particules de poussière. Ils ont donc été utilisés à bord du « vaisseau spatial à poussières de comètes » Stardust. Les particules de poussière et les molécules piégées sont lentement ralenties dans l’aérogel, de sorte qu’elles ne sont pas détruites thermiquement. Alors tu as réussi. une.également pour la première fois, sans apporter de matériel d’une comète (Wild 2) sur Terre.

Isolation thermique
Les aérogels de silicate, en particulier, ont une très faible conductivité thermique et sont donc souvent utilisés comme matériau isolant pour des applications spéciales (par exemple, comme isolant thermique transparent); Depuis le début de 2013, un pansement spécial correspondant contenant des granulés d’aérogel a été vendu en Suisse.

Cosmétiques et soins capillaires
De fines particules d’aérogels hydrophobes à base de silice silylates sont utilisées, entre autres, en tant que poudres fixantes dans les produits cosmétiques et en tant que poudres volumétriques et coiffantes pour le soin des cheveux.

Pharmacie
Un aérogel de silice utilisé en pharmacie est utilisé comme agent de séchage et solvant, ainsi que comme support.

Les aérogels sont utilisés dans diverses applications:

En 2004, environ 25 millions de dollars américains de produits isolants pour aérogels ont été vendus, ce qui représente environ 500 millions de dollars américains en 2013. Cela représente aujourd’hui l’impact économique le plus important de ces matériaux. Le potentiel de remplacement de l’isolation conventionnelle par des solutions d’aérogel dans le secteur du bâtiment et de la construction ainsi que dans l’isolation industrielle est considérable.

Sous forme granulaire pour ajouter une isolation aux puits de lumière. Le projet Solar Decathlon House de 2007 du Georgia Institute of Technology utilisait un aérogel comme isolant dans le toit semi-transparent.

Un adsorbeur de produits chimiques pour nettoyer les déversements.
Un catalyseur ou un support de catalyseur.
Les aérogels de silice peuvent être utilisés dans les appareils d’imagerie, les optiques et les guides de lumière.
Un matériau pour la filtration en raison de sa grande surface et de sa porosité, à utiliser pour éliminer les métaux lourds.
Agents épaississants dans certaines peintures et cosmétiques.
En tant que composants dans les absorbeurs d’énergie.
Cibles laser pour l’installation d’allumage nationale des États-Unis.
Matériau utilisé dans les adaptateurs d’impédance pour les transducteurs, les haut-parleurs et les télémètres.
La fabrication commerciale de «couvertures» pour aérogels a débuté vers l’an 2000, combinant un aérogel de silice et un renforcement fibreux qui transforme l’aérogel fragile en un matériau durable et flexible. Les propriétés mécaniques et thermiques du produit peuvent être modifiées en fonction du choix des fibres de renforcement, de la matrice d’aérogel et des additifs d’opacification inclus dans le composite.
La NASA a utilisé un aérogel pour piéger les particules de poussière spatiales à bord du vaisseau spatial Stardust. Les particules se vaporisent lors de l’impact avec les solides et passent à travers les gaz, mais peuvent être emprisonnées dans des aérogels. La NASA a également utilisé l’aérogel pour l’isolation thermique du Mars Rover et des combinaisons spatiales.
La marine américaine évalue les sous-vêtements d’aérogel comme protection thermique passive pour les plongeurs.
En physique des particules, en tant que radiateur dans les détecteurs à effet Chérenkov, tels que le système ACC du détecteur Belle, utilisés dans le cadre de la Belle Experiment du KEKB. La convenance des aérogels est déterminée par leur faible indice de réfraction, le comblement du vide entre les gaz et les liquides, ainsi que par leur transparence et leur état solide, ce qui les rend plus faciles à utiliser que les liquides cryogéniques ou les gaz comprimés. Leur faible masse est également avantageuse pour les missions spatiales.
Les aérogels résorcinol-formaldéhyde (polymères chimiquement similaires aux résines phénol-formaldéhyde) sont utilisés comme précurseurs pour la fabrication d’aérogels de carbone ou lorsqu’un isolant organique à grande surface est souhaité. Ils viennent en tant que matériau à haute densité, avec une surface spécifique d’environ 600 m2 / g.
Des nanocomposites métal-aérogel préparés en imprégnant l’hydrogel avec une solution contenant des ions d’un métal de transition et en irradiant le résultat avec des rayons gamma, précipitent les nanoparticules du métal. De tels composites peuvent être utilisés en tant que catalyseurs, capteurs, blindages électromagnétiques et dans l’élimination des déchets. Une utilisation prospective de catalyseurs au platine sur carbone est dans les piles à combustible.
En tant que système d’administration de médicaments en raison de sa biocompatibilité. En raison de sa grande surface et de sa structure poreuse, les médicaments peuvent être adsorbés à partir de CO2 supercritique. Le taux de libération des médicaments peut être adapté en faisant varier les propriétés de l’aérogel.
Les aérogels de carbone sont utilisés dans la construction de petits supercondensateurs électrochimiques à double couche. En raison de la grande surface spécifique de l’aérogel, ces condensateurs peuvent avoir une taille allant de 1 / 2000ème à 1 / 5000ème de la taille de condensateurs électrolytiques de classe similaire. Les supercondensateurs pour aérogels peuvent avoir une très faible impédance par rapport aux supercondensateurs normaux et peuvent absorber ou produire des courants de pointe très élevés. À l’heure actuelle, ces condensateurs sont sensibles à la polarité et doivent être câblés en série pour obtenir une tension de travail supérieure à environ 2,75 V.
Dunlop Sport utilise l’aérogel dans certaines de ses raquettes pour le tennis, le squash et le badminton.
Dans la purification de l’eau, les chalcogels se sont révélés prometteurs pour absorber le mercure, le plomb et le cadmium des polluants des métaux lourds contenus dans l’eau.
L’aérogel peut introduire des troubles dans l’hélium-3 superfluide.
Dans le dégivrage des avions, une nouvelle proposition utilise un aérogel de nanotubes de carbone.Un filament fin est filé sur un enrouleur pour créer un film de 10 microns d’épaisseur, équivalent à une feuille de papier A4. La quantité de matériau nécessaire pour couvrir les ailes d’un avion gros porteur pèse 80 grammes. Les aérothermes peuvent rester allumés en permanence à faible puissance pour empêcher la formation de glace.
Tunnel de transmission d’isolation thermique de la Chevrolet Corvette (C7).
CamelBak utilise l’aérogel comme isolant dans une bouteille de sport thermique.
45 North utilise l’aérogel comme isolant pour la paume de la main dans ses gants de cyclisme Sturmfist 5.

sécurité
Les aérogels à base de silice ne sont ni cancérigènes ni toxiques. Cependant, ils sont un irritant mécanique des yeux, de la peau, des voies respiratoires et du système digestif. De petites particules de silice peuvent potentiellement causer la silicose lorsqu’elles sont inhalées. Ils peuvent également provoquer un assèchement de la peau, des yeux et des muqueuses. Par conséquent, il est recommandé de porter un équipement de protection comprenant une protection respiratoire, des gants et des lunettes de protection lors de la manipulation ou du traitement d’aérogels nus.