Aerogel

L’aerogel è un materiale ultraleggero poroso sintetico derivato da un gel, in cui il componente liquido per il gel è stato sostituito con un gas. Il risultato è un solido con densità estremamente bassa e bassa conduttività termica. I soprannomi includono fumo congelato, fumo solido, aria solida, nube solida, fumo blu a causa della sua natura traslucida e del modo in cui la luce si disperde nel materiale. Sembra un fragile polistirene espanso al tatto. Gli aerogel possono essere prodotti da una varietà di composti chimici.

Airgel fu creato per la prima volta da Samuel Stephens Kistler nel 1931, come risultato di una scommessa con Charles Learned su chi poteva sostituire il liquido in “gelatine” con il gas senza causare restringimenti.

Gli aerogel sono prodotti estraendo la componente liquida di un gel attraverso l’essiccazione supercritica. Ciò consente di asciugare lentamente il liquido senza causare il collasso della matrice solida nel gel dall’azione capillare, come accadrebbe con l’evaporazione convenzionale. I primi aerogel sono stati prodotti con gel di silice. I lavori successivi di Kistler riguardarono aerogel basati su allumina, cromo e diossido di stagno. Gli aerogel di carbonio furono sviluppati per la prima volta alla fine degli anni ’80.

Airgel non è un singolo materiale con una formula chimica definita, ma il termine è usato per raggruppare tutti i materiali con una certa struttura geometrica.

Definizione IUPAC
Aerogel: gel costituito da un solido microporoso in cui la fase dispersa è un gas.

Nota 1: silice microporosa, vetro microporoso e zeoliti sono esempi comuni di aerogel.

Nota 2: corretta da ref., In cui la definizione è una ripetizione della definizione errata di un gel seguita da un riferimento inesplicito alla porosità della struttura.

Proprietà
Nonostante il nome, gli aerogel sono materiali solidi, rigidi e asciutti che non assomigliano a un gel nelle loro proprietà fisiche: il nome deriva dal fatto che sono fatti da gel. Premendo delicatamente su un aerogel in genere non lascia un segno minore; premendo in modo più deciso lascerà una depressione permanente. Premendo con estrema fermezza si provoca una rottura catastrofica nella struttura sparsa, provocandone la frantumazione come vetro (una proprietà nota come friabilità), sebbene le variazioni più moderne non ne risentano. Nonostante sia incline alla frantumazione, è molto forte strutturalmente. Le sue impressionanti capacità di carico sono dovute alla microstruttura dendritica, in cui particelle sferiche di dimensioni medie (2-5 nm) sono fuse insieme in gruppi. Questi cluster formano una struttura altamente porosa tridimensionale di catene quasi frattali, con pori appena sotto i 100 nm. Le dimensioni e la densità medie dei pori possono essere controllate durante il processo di produzione.

Airgel è un materiale che è al 99,8% di aria. Gli aerogel hanno una rete solida porosa che contiene sacche d’aria, con le sacche d’aria che occupano la maggior parte dello spazio all’interno del materiale. La mancanza di materiale solido consente all’aerogel di essere quasi senza peso.
Gli aerogel sono buoni isolanti termici perché quasi annullano due dei tre metodi di trasferimento del calore: la conduzione (sono composti principalmente da gas isolante) e la convezione (la microstruttura impedisce il movimento della rete di gas). Sono buoni isolanti conduttivi perché sono composti quasi interamente da gas, che sono conduttori di calore molto poveri. (L’aerogel di silice è un isolante particolarmente buono perché la silice è anche un cattivo conduttore di calore, un aerogel metallico o di carbonio, d’altra parte, sarebbe meno efficace.) Sono buoni inibitori convettivi perché l’aria non può circolare attraverso il reticolo. Gli aerogel sono scarsi isolanti radiativi perché la radiazione infrarossa (che trasferisce il calore) li attraversa.

A causa della sua natura igroscopica, l’aerogel si sente asciutto e agisce come un forte essiccante.Le persone che trattano l’aerogel per periodi prolungati devono indossare i guanti per prevenire la comparsa di macchie fragili sulla pelle.

Il leggero colore che ha è dovuto alla diffusione di Rayleigh delle lunghezze d’onda più corte della luce visibile dalla struttura dendritica nanometrica. Questo fa sì che appaia blu fumo contro sfondi scuri e giallastro contro sfondi luminosi.
Gli aerogel da soli sono idrofilici, ma il trattamento chimico può renderli idrofobici. Se assorbono l’umidità, di solito subiscono un cambiamento strutturale, come la contrazione, e si deteriorano, ma la degradazione può essere prevenuta rendendoli idrofobici. Gli aerogel con interni idrofobi sono meno suscettibili alla degradazione rispetto agli aerogel con solo uno strato idrofobico esterno, anche se una fessura penetra nella superficie.

Effetto Knudsen
Gli aerogel possono avere una conduttività termica inferiore a quella del gas che contengono.Questo è causato dall’effetto Knudsen, una riduzione della conduttività termica nei gas quando la dimensione della cavità che circonda il gas diventa paragonabile al percorso libero medio. In effetti, la cavità limita il movimento delle particelle di gas, diminuendo la conduttività termica oltre ad eliminare la convezione. Ad esempio, la conduttività termica dell’aria è di circa 25 mW / m • K in STP e in un grande contenitore, ma diminuisce fino a circa 5 mW / m • K in un poro di 30 nanometri di diametro.

Struttura
La struttura di Airgel deriva da una polimerizzazione sol-gel, che è quando i monomeri (molecole semplici) reagiscono con altri monomeri per formare un sol o una sostanza che consiste in macromolecole reticolate e collegate tra loro con depositi di soluzione liquida. Quando il materiale viene riscaldato in modo critico, il liquido viene evaporato e il telaio reticolato macromolecolare reticolato viene lasciato indietro. Il risultato della polimerizzazione e del riscaldamento critico è la creazione di un materiale che ha una struttura forte porosa classificata come aerogel. Variazioni in sintesi possono alterare l’area superficiale e la dimensione dei pori dell’aerogel. Più piccola è la dimensione dei pori, più l’aerogel è suscettibile di fratturarsi.

Impermeabilizzazione
L’aerogel contiene particelle con diametro di 2-5 nm. Dopo il processo di creazione di aerogel, conterrà una grande quantità di gruppi ossidrile sulla superficie. I gruppi ossidrile possono causare una forte reazione quando l’aerogel viene immerso in acqua, provocando una dissoluzione catastrofica nell’acqua. Un modo per impermeabilizzare l’aerogel idrofilico è immergere l’aerogel con una base chimica che sostituirà i gruppi idrossilici superficiali (-OH) con gruppi non polari (-OR), un processo che è più efficace quando R è un gruppo alifatico.

Porosità di aerogel
Esistono diversi modi per determinare la porosità di aerogel: i tre metodi principali sono l’adsorbimento di gas, la porosimetria di mercurio e il metodo di dispersione. Nell’assorbimento di gas, l’azoto al suo punto di ebollizione viene adsorbito nel campione di aerogel. Il gas adsorbito dipende dalla dimensione dei pori all’interno del campione e dalla pressione parziale del gas rispetto alla sua pressione di saturazione. Il volume del gas adsorbito viene misurato usando la formula Brunauer, Emmit e Teller (BET), che fornisce la superficie specifica del campione. Ad alta pressione parziale nell’adsorbimento / desorbimento l’equazione di Kelvin fornisce la distribuzione della dimensione dei pori del campione. Nella porosimetria di mercurio, il mercurio viene forzato nel sistema poroso di aerogel per determinare la dimensione dei pori, ma questo metodo è altamente inefficiente poiché il solido telaio dell’aerogel collasserà dall’alta forza di compressione. Il metodo di scattering implica la deflessione dell’irradiazione dipendente dall’angolo del campione di aerogel. Il campione può essere particelle solide o pori. La radiazione entra nel materiale e determina la geometria frattale della rete dei pori di aerogel. Le migliori lunghezze d’onda della radiazione da usare sono raggi X e neutroni. Airgel è anche una rete aperta porosa: la differenza tra una rete aperta porosa e una rete porosa chiusa è che nella rete aperta i gas possono entrare e uscire dalla sostanza senza alcuna limitazione, mentre una rete porosa chiusa intrappola i gas all’interno del forzante del materiale loro per rimanere nei pori. L’elevata porosità e l’area superficiale degli aerogel di silice consentono di utilizzarli in una varietà di applicazioni di filtrazione ambientale.

materiale

Silice
L’aerogel di silice è il tipo più comune di aerogel e il più ampiamente studiato e utilizzato. È a base di silice e può essere derivato dal gel di silice o da un processo di Stober modificato. Il nanofoam di silice a densità più bassa pesa 1.000 g / m3, che è la versione evacuata del record-aerogel di 1.900 g / m3. La densità dell’aria è di 1.200 g / m3 (a 20 ° C e 1 atm). A partire dal 2013, l’aerographene aveva una densità inferiore a 160 g / m3, o il 13% la densità dell’aria a temperatura ambiente.

La silice si solidifica in cluster tridimensionali e intrecciati che costituiscono solo il 3% del volume. La conduzione attraverso il solido è quindi molto bassa. Il restante 97% del volume è composto da aria in nanopori estremamente piccoli. L’aria ha poco spazio per muoversi, inibendo sia la convezione che la conduzione in fase gassosa.

Gli aerogel di silice hanno anche un’alta trasmissione ottica del ~ 99% e un basso indice di rifrazione di ~ 1.05.

Ha notevoli proprietà termoisolanti, con una conducibilità termica estremamente bassa: da 0,03 W / (m • K) in pressione atmosferica fino a 0,004 W / (m • K) nel vuoto modesto, che corrispondono a valori R di 14 a 105 (Usuale) o da 3,0 a 22,2 (metrico) per 3,5 pollici (89 mm) di spessore. Per confronto, l’isolamento tipico delle pareti è 13 (US standard) o 2.7 (metrico) per lo stesso spessore. Il suo punto di fusione è 1.473 K (1.200 ° C; 2.192 ° F).

Fino al 2011, la silice airgel deteneva 15 titoli nel Guinness World Records per le proprietà dei materiali, tra cui il migliore isolante e il solido a bassa densità, anche se fu estromessa da quest’ultimo titolo dall’aerografo ancora più leggero nel 2012 e poi aerografato nel 2013.

Carbonio
Gli aerogel di carbonio sono composti da particelle con dimensioni nell’intervallo di nanometri, uniti in modo covalente. Hanno una porosità molto elevata (oltre il 50%, con diametro dei pori inferiore a 100 nm) e aree di superficie comprese tra 400-1.000 m2 / g. Sono spesso fabbricati come carta composita: carta non tessuta fatta di fibre di carbonio, impregnata di aerosol di resorcinolo-formaldeide e pirolizzata. A seconda della densità, gli aerogel di carbonio possono essere elettricamente conduttivi, rendendo la carta aerogel composita utile per elettrodi in condensatori o elettrodi di deionizzazione. A causa della loro superficie estremamente elevata, gli aerogel di carbonio sono usati per creare supercondensatori, con valori che vanno da migliaia a farad basati su una densità di capacità di 104 F / ge 77 F / cm3. Gli aerogel di carbonio sono anche estremamente “neri” nello spettro dell’infrarosso, riflettendo solo lo 0,3% della radiazione tra 250 nm e 14,3 μm, rendendoli efficienti per i collettori di energia solare.

Il termine “aerogel” per descrivere le masse ariose di nanotubi di carbonio prodotte attraverso determinate tecniche di deposizione chimica da vapore è errato. Tali materiali possono essere filati in fibre con una forza superiore al Kevlar e proprietà elettriche uniche. Questi materiali non sono aerogel, tuttavia, poiché non hanno una struttura interna monolitica e non hanno la struttura dei pori regolare caratteristica degli aerogel.

Ossido di metallo
Gli aerogel di ossido di metallo sono usati come catalizzatori in varie reazioni / trasformazioni chimiche o come precursori di altri materiali.

Gli aerogel realizzati con ossido di alluminio sono noti come aerogel di allumina. Questi aerogel sono usati come catalizzatori, specialmente se “drogati” con un metallo diverso dall’alluminio. L’aerogel di nichel-allumina è la combinazione più comune. Anche gli aerogel di allumina sono presi in considerazione dalla NASA per catturare le particelle di ipervelocità; una formulazione drogata con gadolinio e terbio potrebbe fluorescenza nel sito di impatto delle particelle, con la quantità di fluorescenza dipendente dall’energia d’impatto.

Una delle differenze più notevoli tra aerogel di silice e aerogel di ossido di metallo è che gli aerogel di ossido di metallo sono spesso variamente colorati.

aerogel Colore
Silice, allumina, titania, zirconia Chiaro con Rayleigh scattering blu o bianco
Ossido di ferro Ruggine rossa o gialla, opaca
ossido di cromo Verde intenso o blu intenso, opaco
ossido di vanadio Verde oliva, opaco
Ossido di neodimio Viola, trasparente
Samaria Giallo, trasparente
Holmia, erbia Rosa, trasparente

Altro
I polimeri organici possono essere utilizzati per creare aerogel. SEAgel è fatto di agar. La cellulosa proveniente dalle piante può essere utilizzata per creare un aerogel flessibile.

Chalcogel è un aerogel fatto di calcogeni (la colonna di elementi sulla tavola periodica che inizia con l’ossigeno) come lo zolfo, il selenio e altri elementi. Nella sua creazione sono stati utilizzati metalli meno costosi del platino.

Gli aerogel costituiti da punti quantici di cadmio seleniuro in una rete 3-D porosa sono stati sviluppati per l’uso nell’industria dei semiconduttori.

Le prestazioni di Airgel possono essere aumentate per un’applicazione specifica aggiungendo droganti, strutture di rinforzo e composti ibridanti. Aspen Aerogels produce prodotti come Spaceloft che sono compositi di aerogel con una sorta di battitura fibrosa.

Alternative a base biologica (bioaerogel)
L’aerogel più conosciuto è a base di silice, ma i ricercatori stanno cercando di produrre aerogel di origine biologica, possibilmente più forte della silice.

Il seagel è un materiale simile all’aerogel organico fatto di agar, con un gusto e una consistenza che ricorda le torte di riso.

Il Maerogel consiste nel suo riso base (principalmente gettato nell’industria del riso) e riduce i costi rispetto ad altri processi. Questo processo consente di dividere per sei i costi.

L’aéropectine è prodotta dalla buccia di agrumi (2015) ma è troppo igroscopica per creare un isolante,

Aerogel di amido (in realtà una miscela di amilosio e amilopectina) che può venire ad esempio mais o piselli migliori. È anche molto igroscopico, ma potrebbe forse essere coperto con un rivestimento che lo rende più stabile e idrofobo. È più forte dell’aerogel di silice ma con un coefficiente di conduttività termica leggermente meno buono, ma tuttavia intorno a 0,021 W m -1 K -1 (da 0,025 a circa 0,035 e l’aria W m -1 K -1 per lana di roccia e polistirolo.

La loro prestazione termica potrebbe essere migliorata durante la fabbricazione: l’amido sciolto in acqua agitata sotto una certa pressione e temperatura e agitato meccanicamente per rompere e disperdere i grani viene quindi raffreddato a 4 ° C (fase di “retrogradazione”) e formazione di gel prima di sostituirlo con un solvente durante una fase di essiccazione supercritica (l’acetone potrebbe sostituire l’etanolo lì) e quindi il solvente è desorbito e sostituito dall’aria. Le miniere del Centro fitness dei materiali (Cemef) Paris-Tech studiano questo materiale.

Produzione
In linea di principio, la produzione di aerogel consiste nel sostituire il componente liquido di un gel di silice (per l’aerogel di silice) con il gas. Tecnicamente, il processo è più complesso. Infatti, la struttura del gel tende a collassare quando viene semplicemente essiccata. Diventa poroso e si sbriciola.

In pratica, l’idrogel, un gel di silice utilizzato in particolare per lenti a contatto morbide, viene essiccato in condizioni estreme di temperatura e pressione sostituendo l’acqua con un liquido come l’etanolo in presenza di un “precursore”, l’alcossido di silice. L’alcossido è una specie di catalizzatore per la reazione. È composto da un alcol e silicone. La sua formula è Si (OR) 4. Questa reazione produce silice:
Se (OCH 2 CH 3 ) 4 (Liq.) + 2H 2 O (Liq.) → SiO 2 (solido) + 4HOCH 2 CH 3 (Liq.) .

La silice è un composto minerale stabile di formula SiO 2. Segue un processo chiamato essiccazione supercritica (in inglese: essiccazione supercritica). In termodinamica, il punto critico è una fase di transizione tra liquidi e gas. Fondamentalmente, gli stati liquido e vapore sono identici al microscopio: sono caratterizzati da un disturbo di atomi o molecole. Inoltre, vi è una pressione e una temperatura (chiamate critiche) per le quali questa curva di coesistenza di vapore liquido si interrompe improvvisamente. Oltre, il corpo non è né liquido né gassoso: è una fase fluida. È con questo processo che l’alcol viene rimosso dal gel. Questa operazione viene eseguita in autoclave a pressioni che vanno da 50 a 60 bar, temperature da 5 a 10 ° C e da 12 ore a 6 giorni. L’obiettivo è quindi raggiunto, il liquido è stato sostituito da un gas senza che la struttura del gel collassi o riduca il volume.

Esistono processi per fabbricare l’aerogel a temperatura e pressione ambientali, ma per il momento sono tenuti segreti dagli industriali.

Produzione
Gli aerogel sono prodotti essiccando un gel di materiale gelatinoso, principalmente silice, in condizioni estreme. La prima sintesi di aerogel al silicato fu realizzata da Samuel Stephens Kistler nel 1931/32. Ha sviluppato un metodo prima di asciugare i gel senza che si sia verificato un restringimento.

Aerogel silicato secondo Kistler
Kistler usava il silicato di sodio, che mescolava con l’acqua per fare una soluzione (un bicchiere d’acqua). Dopo l’aggiunta di un precipitante – l’acido cloridrico ad azione reagente è caduto con tempo silice di (reazione di precipitazione), che causata dal movimento Browniano distribuito non coordinato nella soluzione e quindi anche in collisione.



O:

A causa della graduale adesione, queste particelle si sono aggregate nel tempo e in circa un giorno è risultato un gel con struttura reticolata. Da questo, il cloruro di sodio e l’acido cloridrico in eccesso sono stati risciacquati con acqua (Aquagel) e seguiti da uno spostamento con alcool (alkogel).Questo passaggio è necessario in quanto altrimenti l’acqua distruggerebbe la struttura del gel man mano che il processo avanza. Se l’alcol evapora lentamente, i menischi si formano a causa delle forze superficiali che agiscono sul gel, che si “seppellisce” nel gel e provoca una struttura a gang nel gel. Ciò sarebbe associato a un restringimento del gel e di conseguenza a una struttura porosa con una porosità di solo circa il 50%, ma questo era solo per evitare. Kistler usava essiccare quindi un’autoclave e una temperatura e una pressione elevate oltre il punto critico dell’alcol, in modo che si formasse un fluido supercritico. Questa procedura è chiamata essiccazione supercritica. Il confine di fase tra gas e liquido è stato quindi cancellato; Le forze di superficie, che avrebbero portato alla formazione dei menischi nell’altro caso, non esistevano più. Il fluido supercritico è stato quindi soffiato fuori dall’autoclave, provocando l’essiccazione del prodotto e infine l’aerogel. L’aerogel aveva mantenuto le dimensioni e la forma del gel originale, con gli aerogel di silicato prodotti da Kistler con una densità compresa tra 30 e 300 kg / m 3 e una porosità compresa tra 86 e 98%. Tuttavia, il metodo di produzione secondo Kistler aveva lo svantaggio di essere lungo e costoso, che riguardava in particolare lo scambio di solvente prima dell’evaporazione dell’alcool.

Processo secondo Teichner – il processo sol-gel
Stanislas Teichner tentò di riprodurre la procedura di Kistler all’Università di Lione negli anni ’60, sebbene ci volessero settimane per produrre campioni di aerogel più piccoli. In alternativa, nel 1968 sviluppò il processo sol-gel usato oggi come metodo standard, che fu ulteriormente migliorato nel 1986. Il materiale di partenza è il tetrametil Orthosilicate (TMOS) tossico, che si idrolizza lentamente in acido orto silicico e metanolo secondo l’equazione di reazione sotto con una quantità definita di acqua dopo l’aggiunta di un catalizzatore.


Di conseguenza, l’acqua viene separata dalla silice e si forma il tetraedro SiO 2. Questi poi si collegano per formare un gel. L’essiccazione dell’alkogel risultante è di nuovo uguale al metodo Kistler, in cui il metanolo ha valori critici di 239,4 ° C e 80,9 bar. Le proprietà dell’aerogelo così formato, in particolare struttura e densità, possono essere controllate dalla scelta del catalizzatore, del pH o della proporzione delle sostanze utilizzate, in particolare del metanolo. La procedura è utilizzata oggi a DESY ea Lund.

Altre procedure
In un altro processo, un gruppo di ricerca di Arlon Hunt presso l’Università della California a Berkeley produce pezzi di aerogel invece del TMOS tossico da tetraetil ortosilicato (TEOS). Inoltre, l’etanolo combustibile sostituito dall’anidride carbonica, che richiede molto tempo. Un vantaggio è la temperatura critica relativamente bassa dell’anidride carbonica a 31 ° C, che facilita considerevolmente il processo di essiccazione.

Un altro processo è utilizzato presso BASF a Ludwigshafen sul Reno, dove si producono in particolare pallini di aerogel (granuli) con un diametro da circa uno a sei millimetri e una densità di circa 200 kg / m 3. L’acido solforico e il silicato di sodio vengono fatti reagire spruzzandoli su un pistone con un ugello miscelatore. Questo porta alla formazione di sali alcalini, che devono essere lavati con una post-lavorazione. Il vantaggio di questo processo risiede nei costi relativamente più bassi, lo svantaggio è da vedere in peggio, in particolare le proprietà ottiche dei granuli.

Gli aerogel di carbonio (CRF) sono prodotti principalmente dalla pirolisi di resorcinolo – aerogel di formaldeide (RF). Nella preparazione degli aerogel di resorcinol-formaldeide si può usare un’essiccazione più economica dell’aria al posto dell’asciugatura supercritica.

applicazioni
Poiché l’indice di rifrazione degli aerogel si trova in un intervallo che non è raggiungibile da gas, liquidi o solidi convenzionali, essi svolgono un ruolo importante come il cosiddetto materiale per radiatori per i rivelatori Cherenkov; Aerogel di carbonio anche a causa della loro elevata conduttività elettrica e stabilità nella ricerca dei materiali per il materiale degli elettrodi nelle celle primarie e a combustibile, catalizzatori di veicoli e supercondensatori.

Supporto di memorizzazione
A causa della loro elevata porosità, gli aerogel sono stati inizialmente sviluppati con l’intenzione di conservare le possibilità di stoccaggio di gas e solidi. Negli anni ’60, gli aerogel sono stati testati per la loro idoneità come supporto di stoccaggio per il carburante a razzo liquido.

filtraggio
A causa della loro struttura fine, gli aerogel possono essere utilizzati come matrice di raccolta per le particelle di polvere più piccole. Sono stati quindi utilizzati a bordo della “polvere spaziale della cometa” Stardust. Le particelle e le molecole di polvere intrappolate vengono lentamente rallentate nell’aerogel, in modo che non vengano distrutte termicamente. Quindi ci sei riuscito. un. anche per la prima volta, senza portare materiale da una cometa (Wild 2) sulla Terra.

Isolamento termico
Gli aerogel particolarmente silicati hanno una conduttività termica molto bassa e sono quindi spesso usati come materiale isolante per applicazioni speciali (ad esempio come isolamento termico trasparente); Dall’inizio del 2013 è stato venduto in Svizzera un apposito intonaco speciale con aggiunta di granuli di aerogel.

Cosmetici e cura dei capelli
Particelle di aerogel fine e idrofobiche prodotte con silili sililati sono utilizzate, tra le altre cose, come fissazione delle polveri nei cosmetici e come polveri per volume e styling nella cura dei capelli.

Farmacia
Aerogel farmaceuticamente silice viene utilizzato come essiccante e solvente, oltre che come vettore.
Gli aerogel sono utilizzati per una varietà di applicazioni:

Nel 2004 sono stati venduti circa 25 milioni di dollari di prodotti per l’isolamento di aerogel, che sono aumentati a circa $ 500 milioni entro il 2013. Questo rappresenta l’impatto economico più sostanziale di questi materiali oggi. La possibilità di sostituire l’isolamento convenzionale con le soluzioni di aerogel nel settore dell’edilizia e delle costruzioni e nell’isolamento industriale è piuttosto significativa.

In forma granulare per aggiungere isolamento ai lucernari. Il progetto 2007 della Solar Decathlon House di Georgia Institute of Technology ha utilizzato un aerogel come isolante nel tetto semitrasparente.

Un adsorbente chimico per ripulire le fuoriuscite.
Un catalizzatore o un catalizzatore.
Gli aerogel di silice possono essere utilizzati nei dispositivi di imaging, nell’ottica e nelle guide di luce.
Un materiale per la filtrazione grazie alla sua elevata area superficiale e porosità, da utilizzare per la rimozione di metalli pesanti.
Agenti addensanti in alcune vernici e cosmetici.
Come componenti in assorbitori di energia.
Obiettivi laser per la National Ignition Facility degli Stati Uniti.
Un materiale utilizzato negli accoppiamenti di impedenza per trasduttori, altoparlanti e telemetri.
La fabbricazione commerciale di “coperte” di aerogel iniziò intorno al 2000, combinando l’aerogel di silice e il rinforzo fibroso che trasforma il fragile aerogel in un materiale duraturo e flessibile. Le proprietà meccaniche e termiche del prodotto possono essere variate in base alla scelta delle fibre di rinforzo, della matrice di aerogel e degli additivi di opacizzazione inclusi nel composito.
La NASA ha usato un aerogel per intrappolare le particelle di polvere spaziale a bordo della nave spaziale Stardust. Le particelle si vaporizzano all’impatto con i solidi e passano attraverso i gas, ma possono essere intrappolati negli aerogel. La NASA ha anche utilizzato l’aerogel per l’isolamento termico di Mars Rover e tute spaziali.
La US Navy sta valutando gli indumenti intimi di aerogel come protezione termica passiva per i subacquei.
Nella fisica delle particelle come radiatori in rivelatori ad effetto Cherenkov, come il sistema ACC del rivelatore Belle, utilizzato nel Belle Experiment di KEKB. L’idoneità degli aerogel è determinata dal loro basso indice di rifrazione, colmando il divario tra gas e liquidi, e dalla loro trasparenza e stato solido, rendendoli più facili da usare rispetto ai liquidi criogenici o ai gas compressi. La loro bassa massa è anche vantaggiosa per le missioni spaziali.
Gli aerogel di resorcinolo-formaldeide (polimeri chimicamente simili alle resine di fenoli formaldeide) sono usati come precursori per la produzione di aerogel di carbonio o quando si desidera un isolante organico con una grande superficie. Vengono come materiale ad alta densità, con una superficie di circa 600 m2 / g.
I nanocompositi metallo-aerogel preparati impregnando l’idrogel con una soluzione contenente ioni di un metallo di transizione e irradiando il risultato con raggi gamma, precipitano le nanoparticelle del metallo. Tali compositi possono essere utilizzati come catalizzatori, sensori, schermatura elettromagnetica e nello smaltimento dei rifiuti. Un uso prospettico di catalizzatori platino su carbone è nelle celle a combustibile.
Come sistema di somministrazione di farmaci grazie alla sua biocompatibilità. A causa della sua elevata area superficiale e della sua struttura porosa, i farmaci possono essere adsorbiti dalla CO2 supercritica. La velocità di rilascio dei farmaci può essere adattata variando le proprietà dell’aerogel.
Gli aerogel di carbonio sono utilizzati nella costruzione di piccoli supercondensatori elettrochimici a doppio strato. A causa dell’elevata area superficiale dell’aerogel, questi condensatori possono essere da 1/2000 a 1/5000 ° della dimensione di condensatori elettrolitici di pari valore. I supercondensatori Airgel possono avere un’impedenza molto bassa rispetto ai normali supercondensatori e possono assorbire o produrre correnti di picco molto elevate. Al momento, tali condensatori sono sensibili alla polarità e devono essere cablati in serie per ottenere una tensione operativa maggiore di circa 2,75 V.
Dunlop Sport utilizza l’aerogel in alcune delle sue racchette per il tennis, lo squash e il badminton.
Nella depurazione delle acque, i calcogri hanno mostrato la promessa di assorbire gli inquinanti di metalli pesanti come mercurio, piombo e cadmio dall’acqua.
L’aerogel può introdurre disordine nell’elio superfluido 3.
Nello sghiacciamento degli aerei, una nuova proposta utilizza un aerogel di nanotubi di carbonio. Un filamento sottile viene filato su un avvolgitore per creare una pellicola da 10 micron, equivalente a un foglio di carta A4. La quantità di materiale necessaria per coprire le ali di un jumbo jet pesa 80 grammi (2,8 once). I riscaldatori Airgel possono essere lasciati accesi continuamente a bassa potenza, per evitare la formazione di ghiaccio.
Tunnel di trasmissione dell’isolamento termico della Chevrolet Corvette (C7).
CamelBak utilizza l’aerogel come isolante in una bottiglia termica per lo sport.
45 North utilizza l’aerogel come isolamento delle palme nei suoi guanti da ciclismo Sturmfist 5.

Sicurezza
Gli aerogel a base di silice non sono noti per essere cancerogeni o tossici. Tuttavia, sono irritanti meccanicamente per gli occhi, la pelle, le vie respiratorie e il sistema digestivo. Piccole particelle di silice possono potenzialmente causare silicosi se inalato. Possono anche causare secchezza della pelle, degli occhi e delle mucose. Pertanto, si raccomanda di indossare indumenti protettivi compresi protezione respiratoria, guanti e occhiali da vista quando si maneggiano o lavorano aerogel spogli.