Aerogél

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
2,5 kilogrammos tégla 2,38 gramm tömegű aerogélen
Peter Tsou (NASA) aerogélt tart

Az aerogél nagyon alacsony sűrűségű szilárd anyag, amely gélből származik, a folyékony komponenst gáznemű anyaggal cserélve ki. Az eddig ismert legalacsonyabb sűrűségű szilárd anyagnak tartják, amely számos különleges fizikai tulajdonsággal bír (például szigetelőként). Áttetsző volta és belső fénytörése miatt angolul nevezik fagyott füstnek (frozen smoke), szilárd füstnek (solid smoke) és kék füstnek (blue smoke) is, ezek a nevek magyar nyelvben nem terjedtek el (maga az aerogél is alig ismert). Bár külsőre tényleg olyan, mintha kék füstből vágtak volna ki egy darabot, érintésre a polisztirolhoz hasonlít.

Először Steven Kistler készített aerogélt 1931-ben, miután fogadott Charles Learneddel, hogy képes a zselében a folyadékot gázzal kicserélni, anélkül hogy a zselé összeroskadna. Az első ilyen gélek szilikagélek voltak. Azóta bebizonyosodott, hogy aerogélt számos különböző anyagból lehet készíteni. Már Kirstler a szilícium-dioxidon kívül alumínium-oxiddal, króm-oxiddal és ón-dioxiddal is kísérletezett.

Amikor megérintik, az aerogél a könnyű, de szilárd hab érzetét kelti. Neve ellenére száraz, és fizikai tulajdonságai teljesen elütnek a gélekétől. Könnyű nyomás nem hagy rajta nyomot, erős nyomás azonban maradandó mélyedést képezhet rajta. Nagyon erős nyomásra struktúrája radikálisan reagál és az aerogél üvegként törik darabokra.

Ez utóbbi tulajdonsága ellenére az aerogél strukturálisan rendkívül erős és saját súlyának kétezerszeresét is képes megtartani. Ez dendritikus mikrostruktúrájának köszönhető, amelyben a 2-5 nanométer nagyságú gyűrű alakú részecskék csomókba tömörülnek, nagyon porózus, majdnem fraktális szerkezetet létrehozva, amelynek pórusai 100 nanométernél kisebbek.

Felhasználása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az aerogél változatos feladatokra alkalmazható. Elterjedten használják őrlemény formájában nagy méretű tetőablakok és átlátszó épületelemek hőszigeteléséhez. Nagy energiájú lézerek elnyeletéséhez is használható.

A nanostruktúra miatt tényleges felülete óriási, így katalizátorok hordozójaként és elnyelető anyagként is alkalmazható. Használják kozmetikumok és festékek sűrítőanyagaként.

2000 körül állítottak elő hajlékony aerogélt, mikor szálakat is kevertek az anyagba. Így alkalmazási területei még szélesebbek.

Az egyik ismertebb felhasználása, amikor a NASA Stardust űrszondája a Wild-2 üstökös kómájából port gyűjtött be segítségével, és azt visszajuttatta a Földre.

A szén alapú aerogél jól használható szuperkondenzátorok előállításához. Az aerogél nagy felülete miatt az ilyen kondenzátor 2000-5000-szer kisebb lehet a hagyományosnál.

A Dunlop cég teniszütők belső merevítéséhez alkalmazza.

Előállítása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az aerogéleket a zselatinos édességekhez hasonlóan készítik. Amikor zselatinos édességet készítenek, a zselatint (egy állati fehérjét) feloldják meleg vízben, majd az oldatot lehűtik. A hűtés hatására a keverék gélnek nevezett rugalmas szilárd anyaggá válik. A gélt a zselatin kaptárszerűen elhelyezkedő, vékony falú molekulái alkotják, a köztük lévő teret pedig víz tölti ki. Ha el lehet párologtatni a vizet az édességből, akkor csak a kaptárszerű fehérjehálózat marad vissza nagyon könnyű szilárd anyag formájában. Azonban a víz zselatinból való elpárologtatásakor a víz és a szilárd hálózat közötti erős vonzóerők miatt a hálózat általában összezsugorodik.

Az SEAgel fantázianevű aerogél úgy készül, hogy agaragart (élelmiszerek kezelésére használt, egyes tengeri algákból kinyert zselatinszerű anyag) víz és szerves oldószer elegyében oldanak, majd lehűtik az oldatot. Hűtés után az anyag zselatinszerű lesz. Ugyancsak a zselatinhoz hasonló az, hogy ha ebből az anyagból próbálnák meg elpárologtatni a vizet, akkor az agar összezsugorodna. Azonban a gél fagyasztásos szárításnál nem zsugorodik.

A fagyasztásos szárításnál (ezt liofilizálásnak hívják idegen szóval) először megfagyasztják a gélt, így rögzítik alakját, majd a fagyasztott gélt egy olyan készülékbe teszik, amely egy fagyasztó és vákuumedény keresztezése. A jég elpárolgása (pontosabban szublimációja) után az agar finom kaptárszerű szerkezetének lyukaiban levegő marad. A létrehozott anyagot pontosabb lenne habnak nevezni, azonban az aerogél név terjedt el leginkább.

A SEAgel sűrűsége 1,5 g/dm³ körül van, a szén-dioxid gázé pedig 1,9 g/dm³. Ez a sűrűségkülönbség lehetővé teszi egy érdekes bemutató kísérlet elvégzését, amelyhez csak egy szappanméretű SEAgel, egy üvegkád és szén-dioxid gáz kell. Először is az üvegkádat félig meg kell tölteni szén-dioxiddal. A szén-dioxid nehezebb a levegőnél, ezért a levegőt kiszorítva az üvegkád alját tölti ki. Ezután a szappanméretű SEAgel darabot az üvegkádba dobva azt láthatjuk, hogy az nem esik le az aljára, hanem a szén-dioxid-réteg tetején úszik.

Mint minden hab, a szilárd aerogélek is remek szigetelők. Valójában a szilárd anyagok közül az aerogélek szigetelési tulajdonságai a legjobbak. Ezen alapulva egy kaliforniai cég aerogéleket kezdett el használni hűtőgépekben szigetelőanyagként.

Lásd még[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Források[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Külső hivatkozások[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Commons
A Wikimédia Commons tartalmaz Aerogél témájú médiaállományokat.