Érdekes anyagok: Aerogél

2018.10.09. 05:00 | Írta: kkm.furdancs

Az aerogél az ember által valaha készített legkönnyebb szilárd anyag. Képzeljünk el egy maroknyi zselatint, amelyből az összes folyadékot eltávolították és levegővel helyettesítették. Összeomlás helyett azonban megőrzi szerkezetét és anyagának zömét (95-99,8%) továbbiakban a levegő képezi. Áttetsző megjelenése miatt kapta a "fagyasztott füst" becenevet.

aerogel04.jpg

A felhasznált alapanyagoktól függően az aerogél csodálatos tulajdonságokkal rendelkezik. Tűzálló és felszívja mind a vizet, mind az olajat. Hihetetlenül erős, tekintettel a könnyű súlyára. Lehet elektromos vezető vagy épp a világ egyik legjobb szigetelője. Elterjedését eddig gátolta költséges előállítása, ezért leginkább űrkutatási téren találkozhattunk vele, ahol amúgy is vastagon fog a ceruza. Például a NASA aerogéllel szigeteli az űrhajók elektromos berendezéseit, míg a földön tűzoltó ruhák, kozmetikumok, festékek használják. Szerencsére az általános árcsökkenési trend itt is érvényesül, mikor szelídített tulajdonságokkal nagy tételben kezdik gyártani. Így hazánkban is megjelent az aerogél hőszigetelő paplan.

Az első aerogélt 1931-ben Samual Kistler készítette Kaliforniában. Vízüvegből gyártott szilika aerogélt. Kistler úgy fedezte fel az aerogél gyártás technikáját, hogy fogadásból víztelenítette a gyümölcszselét anélkül, hogy a zselé térfogata lényegesen változott volna. (A gyümölcszselé víztartalma általában 70-90%.) Kistler az aerogélek névadója is.

image5_10.jpg

Az aerogélek szilárd vázát üveg, kerámia, polimer vagy hibrid-anyagok szolgáltatják, és az általuk közbezárt nanoméretű pórusokat, üregeket levegő tölti ki. Az aerogélek a világ legkönnyebb szilárd anyagai, szinte olyan könnyűek, mint a levegő. Ezt a kis sűrűséget a rendkívül nagy porózusságukkal érik el, mely pórusok átmérője jellemzően 1 -100 nm közé esik, miközben a hétköznapi életben fellelhető pórusos anyagok, habok pórusai, üregei általában milliméter méretűek. A megszilárdult füst elnevezést egyrészt a rendkívül kicsi sűrűségüknek, átlátszóságuknak, másrészt kékes árnyalatuknak köszönhetik. Átlátszó anyagok, sötét háttér előtt kék árnyalatúak, világos háttér előtt sárgák. A színárnyalatokat a látható fény rövidebb hullámhosszú sugarainak szórása okozza az 5 - 100 nm-es részecskéken és pórusokon.

image3_15.jpg

A szilika (Si- és O-atomokat tartalmazó) alapanyagú a legismertebb, leggyakrabban alkalmazott aerogél. A szilika aerogélek szilárd vázában ugyanolyan kötések találhatók, mint a kvarcüvegben, Si-O-Si kötések. Míg a kvarcüveg tömör, addig a szilika aerogél pórusos. A világ legkisebb sűrűségű szilárd anyagai, 95-99,8 %-uk levegő! 2003-ban egy korábbi rekordot megdöntve sikerült előállítani 1,9 mg/cm3 sűrűségű szilika aerogélt. (Összehasonlításul a levegőé 1,2 mg/cm3.) Ipari méretekben 10-300 mg/cm3 sűrűségű, 600-1000 m2/g fajlagos felületű szilika aerogélt gyártanak. A laza, pórusos szerkezetet felépítő elemi részecskék mérete 2-10 nm. Tehát nemcsak a pórusok nanoméretűek, hanem a szilárd vázat alkotó részecskék is.

A világ legjobb hőszigetelő anyagai. Rendkívül kicsi a hővezető képességük: 0,03-0,004 W/mK. Szemléltetésül 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. A kiváló hőszigetelés titka abban rejlik, hogy a levegő nem tud cirkulálni az aerogélek pórusrendszerében, a hőátadás egyik típusa (hővezetés, sugárzás, konvekció) sem jellemző ezekre az anyagokra. Igen ritka az olyan anyag, amelyben mindegyik hőátadási típus ilyen kis hatékonyságú.

aerogel5810742717_cc6b132f34_b.jpg

A világ legjobb hangszigetelő anyagai a nanopórus rendszernek köszönhetően. További extra, rekordokat ostromló tulajdonságai a szilika aerogéleknek: kiváló elektromos szigetelők; a világ egyik legjobb nedvszívó anyagai; rendkívül kis törésmutatójú anyagok (1,03!). A nyomószilárdságuk jó, annak ellenére, hogy a laza szerkezetük miatt igen törékenyek; egy 2 g-os aerogél 2,5 kg-os téglát is elbír! Végül a szenzációs szigetelő tulajdonságaikra az utolsó, sok újság szalagcímét kiérdemlő példa: egy 6 mm-es aerogélréteg megvéd egy 1 kg-os dinamitrúd közeli robbanásától. A kísérletekben használt két acéllemez közül az egyiket semmivel sem borították be, a másikat 6 mm-es szilika aerogéllel. A fedetlen acéllemez a dinamit robbanása után teljesen tönkrement, az aerogéllel fedett alig sérült.

Néhány mondatnyi külföldi forrás mellett nagymértékben támaszkodtam Sinkó Katalin (ELTE, Kémiai Intézet) "Aerogél a megszilárdult füst " című tanulmányára. További érdekes információkat tartalmaz az aerogélek előállításáról és felhasználásuk lehetőségeiről. 

 

  Ha tetszett a bejegyzés, oszd meg ismerőseiddel. Ha nem, akkor is. 
Csatlakozz a Furdancs Facebook-közösségéhez! Nem fogjuk megbánni.
De ha unod a Facebookot, kövess inkább a Twitteren!

 

A bejegyzés trackback címe:

https://furdancs.blog.hu/api/trackback/id/tr6114286537

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.

Nincsenek hozzászólások.