Material des Monats - Silica-Aerogel, IOM3
Ob in schönen Bildern, wo es wie solide Himmel aussieht, oder, dessen Eigenschaften von Luft-und Raumfahrt-Ingenieure die Lupe genommen wird Aerogel viel Aufmerksamkeit im Moment zu empfangen. Dieses Material, hergestellt durch ein Gel austrocknet, ist extrem leicht und hat spektakuläre Energiedämpfung und gewichtstragende Eigenschaften. Wenn der durchschnittliche Mann von Silica-Aerogel hergestellt wurde - das beliebteste Aerogel - er würde nur 450g wiegen und die Unterstützung fast eine halbe Tonne fähig sein.
Silica-Aerogel wurde erstmals im Jahr 1931 von Samuel Stephens Kistler produziert als das Ergebnis einer Wette mit Charles über gelernt, die die Flüssigkeit aus sogenannten Gelees entfernen konnte und ein Gas in seinem Platz, ohne Schrumpfung zu verursachen. Andere Arten von Aerogelen seit entwickelt worden, zum Beispiel Kohlenstoff-Aerogele in den späten 1980er Jahren.
Wenn ein Gel schnell getrocknet wird und normale Verdampfung stattfindet, die feste Matrix (hergestellt aus zum Beispiel Siliciumdioxid) wird aus Kapillarwirkung kollabiert. Wenn jedoch die Flüssigkeit langsam durch überkritische Trocknung extrahiert wird, wird die feste Matrix nicht kollabieren - das ist, wie Aerogelen erzeugt werden. Daher ist trotz Gel in seinem Namen Aerogel aufweist, ist nicht wirklich ein Gel. Aerogele typischerweise behält mehr als 90% des ursprünglichen Volumens des Gels Rahmen.
Es ist interessant festzustellen, dass das Kieselgel, die man in kleinen Paketen mit neuen Schuhen und Unterhaltungselektronik findet Silicaxerogel ist. Ein Xerogel ist ein Feststoff, hergestellt aus einem Gel mit ungehinderter Schrumpfung getrocknet wird. Trotz schrumpft, bleibt der Feststoff noch sehr porös und ist daher gut an Feuchtigkeit zu absorbieren.
Silica-Aerogel ist einer der geringsten Dichte festen Materialien, die vorhanden ist, so dass es besonders attraktiv für die Luft- und Raumfahrt und Äußerraum Anwendungen. Die leichteste Art von Silica-Aerogel hat eine Dichte von 1,9 kg / m3 und 1 kg / m3 bei evakuiert. Bei der Berührung, fühlt sich Silica-Aerogel wie expandiertes Polystyrol. Wenn leicht gedrückt wird, wird das Material nicht verändert werden. Durch Drücken von mehr Blätter fest eine permanente Depression, und drücken fest, das Material zerbrechen kann. Allerdings hat es sehr gut Gewicht tragenden Eigenschaften aufgrund seiner Mikrostruktur. Kugelförmige Teilchen mit einem Durchmesser im Bereich von 2-50nm wird in Clustern mit einem Durchmesser von 50-2.000 nm fusioniert. Diese Cluster miteinander verbunden sind, in Stränge, eine 3D-hochporöse Struktur zu bilden. Aerogels Porosität gibt es eine extrem hohe spezifische Oberfläche (600m2 / g), ist es nützlich für Sensor und Absorptionsanwendungen.
Silica-Aerogel hat eine Wärmeleitfähigkeit von 0.03W / mK oder weniger (der Wert für Kautschuk ist in der Größenordnung von 0,1 W / mK) und wegen der keramischen Siliziumdioxid, hat eine hohe Schmelztemperatur von ca. 1.200 ° C. Die geringe Leitfähigkeit ist aufgrund des hohen Luftanteils in dem Material zusammen mit der niedrigen Leitfähigkeit von Kieselsäure selbst. Silica-Aerogel ist auch ein guter konvektive Isolator, da Luft nicht durch das Gitter zirkuliert und es absorbiert Infrarotstrahlung. Dies macht Silica-Aerogel ein ideales Material für die Wärmedämmung in Hochtemperaturanwendungen, beispielsweise die Elektronik aus thermischen Transienten in einem Luft- und Raumfahrttriebwerk zu schützen.
Silica-Aerogel ähnelt den Himmel in dem Sinne, dass es bis zu 99% transparent ist und eine bläuliche Farbe, verursacht durch Rayleigh-Streuung von kürzeren Wellenlängen des sichtbaren Lichts von der Mikrostruktur im Nanogrößenbereich. Die Kombination von Transparenz und thermischen Eigenschaften, die Silica-Aerogel eines idealen Kandidaten für Fenstermaterial machen. Es ist jedoch eine Herausforderung, ein monolithisches Fenster großes Stück Aerogel herzustellen. Auch, wenn der Herstellungsprozess nicht sorgfältig gesteuert wird, leidet die Aerogels Transparenz. Hydrophobe Kieselsäureaerogele abstoßen Wasser, sondern ziehen andere Flüssigkeiten wie Öle. Spezielle Pulver und Decken aus Silica-Aerogel hergestellt wurden für den Einsatz in Öl-Spill-Bereinigungen vorgeschlagen und kommerziell entwickelt werden.
Dieser Artikel wird auf den Produktionsprozess von Aerogel nicht einmal berührt und hat nur einen Vorgeschmack auf die vielen Anwendungen dieses fantastischen Materials gegeben.