Aerogel
L' aerogel' o gel congelato è un materiale colloidale simile al gel , in cui la componente liquida viene cambiata da un gas, ottenendo come risultato un solido di densità molto bassa (3 mg/cm³ —milligrammi per centimetro cubo— o 3 kg / m³ —chilogrammi per metro cubo—) e molto poroso, con alcune proprietà molto sorprendenti, e un'enorme capacità di isolamento termico .
Questo materiale è generalmente composto dal 90,50 al 99,98% di aria ed è mille volte meno denso del vetro e circa tre volte più denso dell'aria. Familiarmente viene chiamato fumo congelato , fumo solido o fumo blu , per la sua natura semitrasparente; tuttavia al tatto ha una consistenza simile al polistirolo.
Ha un indice di rifrazione di 1,0, molto basso per un solido. La velocità del suono che lo attraversa è molto bassa, 100 m/s (metri al secondo).
Storia
Questo materiale è stato creato da Steven Kistler nel 1931, [ 1 ] a seguito di una scommessa tra lui e Charles Learned su chi poteva sostituire il liquido in un barattolo di marmellata con il gas senza diminuire il volume della marmellata.
L'aerogel può essere realizzato con molti materiali diversi; Le indagini di Kirstler consistevano in aerogel a base di silice , zirconio , allumina , ossido di cromo, stagno e carbonio .
Nel 2013 il
Gao Chao e il suo gruppo di ricerca presso l'Università di Zhejiang in Cina hanno sviluppato aerogel di grafene , la cui densità di 0,16 kg/m³ (chilogrammi per metro cubo) è la più bassa mai raggiunta. [ 2 ]
Classificazione
Gli aerogel possono essere organici o inorganici, possono essere ibridi organico-inorganici o possono essere carbonio. La maggior parte viene preparata con il metodo Pekala , in cui vengono utilizzati resorcina, formaldeide e un catalizzatore, in cui viene generata una reazione di polimerizzazione. Gli aerogel devono passare attraverso fasi di gelificazione e polimerizzazione, essiccazione supercritica, carbonizzazione e attivazione.
- Inorganici: presentano una struttura a base di ossidi metallici o semimetallici, quelli che vengono preparati dal biossido di silicio sono stati studiati più ampiamente.
- Ibridi organico-inorganici: presentano una struttura a base di ossidi metallici o semimetallici, quelli che vengono preparati dal biossido di silicio sono stati studiati più a fondo.
- Organico: Presentano una struttura a base di polimeri organici risultanti dalla polimerizzazione di monomeri organici multifunzionali. Le più studiate sono le RF, ottenute per policondensazione (resorcina con formaldeide) e MF (melamina con formaldeide).
- Carbonio: Hanno una struttura disordinata del carbonio sp2, sono gli unici che conducono corrente elettrica, sono ottenuti dalla carbonizzazione di aerogel organici attraverso un processo di pirolisi a temperature superiori a 500 °C e inferiori a 2100 °C, perché a temperature più elevate le caratteristiche dell'aerogel sono perse.
Le variabili fondamentali che controllano ciascuna di queste fasi determinano le proprietà del gel di carbonio ottenuto. Tra queste variabili ci sono:
- Il tipo di precursore e solvente utilizzati.
- Il pH della soluzione.
- Il tempo e la temperatura di gelificazione e stagionatura.
- Il tipo di essiccazione utilizzato (supercritico, criogenico e subcritico).
- temperatura di carbonizzazione.
Piccole variazioni in queste proprietà producono cambiamenti significativi nella struttura e nelle proprietà dei gel di carbonio.
Usi
L'aerogel ha diverse applicazioni commerciali, sebbene sia stato utilizzato principalmente come isolamento termico nelle finestre degli edifici per uffici, in cui le sue proprietà sono utilizzate per prevenire la perdita o il guadagno di calore.
Ha una notevole resistenza poiché potrebbe sostenere circa 1000 volte il suo peso .
L'uso più ovvio degli aerogel è come isolamento termico ultraleggero per strutture aeree. La Montreal Biosphère era il padiglione degli Stati Uniti all'Esposizione Universale di Montreal ed era una cupola geodetica di aerogel consumata in un incendio.
L'aerogel può anche fungere da paraurti nelle auto, assorbendo gli urti dell'89% di intensità. [ citazione necessaria ]
Riferimenti
- ^ KISTLER, S. (1931). "Aerogel e gelatine espansi in modo coerente" . Natura 127, 741 . Estratto il 10 marzo 2021 .
- ^ "L'aerogel di grafene prende la corona di materiale più leggero del mondo " . Gizmag.com. 24 marzo 2013 . Estratto il 25 marzo 2013 .
Collegamenti esterni
Wikimedia Commons ospita una categoria multimediale per Aerogel .- Keey, produttore dell'aerogel (brevetto congiunto tra l'azienda francese Keey e l'istituto basco Tecnalia).
