Universitatea Politehnică din București, Facultatea de Chimie Aplicată și Știința Materialelor

Silica aerogeluri

Vasile-Adrian Surdu 1121 A

1

Cuprins

Introducere ............................................................................................................................................. 2

Caracteristicile silica aerogelurilor .......................................................................................................... 4

Chimia suprafeței ................................................................................................................................ 4

Structura porilor .................................................................................................................................. 4

Proprietăți fizice .................................................................................................................................. 5

Proprietăți optice ................................................................................................................................ 6

Proprietăți termice .............................................................................................................................. 7

Obținerea silica aerogelului .................................................................................................................... 9

Chimia sol-gel ...................................................................................................................................... 9

Catalizatori ........................................................................................................................................ 10

Aerogeluri obținute într-o singură etapă. Aerogeluri obținute în două etape ................................. 10

Îmbătrânirea și înmuierea ................................................................................................................. 11

Uscarea supercritică .......................................................................................................................... 12

Rețete specifice ..................................................................................................................................... 13

Cataliză bazică într-o singură etapă a silica aerogelului ................................................................... 13

Cataliză acido-bazică în două etape a silica aerogelului ................................................................... 13

Aplicațiile silica aerogelului ................................................................................................................... 14

Bibliografie ............................................................................................................................................ 16

2

Introducere

Multi oameni consideră ca aerogelurile sunt produse recente ale tehnologiei moderne. De

fapt, primele aerogeluri au fost sintetizate în 1931. La vremea aceea, Steven S. Kistler a

demonstrat că un “gel” conține o rețea solidă continuă de aceeași formă și mărime ca a

gelului umed. Evident, calea pentru a își demonstra ipoteza era să îndepărteze lichidul din

gelul umed fără a distruge componenta solidă. Ca de obicei, calea evidentă a presupus

multe obstacole. Dacă un gel umed ar fi lăsat să se usuce de la sine, gelul și-ar reduce mult

dimensiunea față de cea originală. Această reducere în dimensiune este adesea însoțită de o

fisurare severă a gelului. Kistler a presupus, în mod corect, că componenta solidă a gelului

este microporoasă și ca interfața lichid-vapor a lichidului care se evaporează exercită o

tensiune la suprafață mare, care distruge structura poroasă. Kistler a descoperit apoi

aspectul esențial al sintezei aerogelurilor:

“În mod evident, cine își dorește să sintetizeze un aerogel trebuie să înlocuiască lichidul cu

aer într-o manieră prin care să nu se permită suprafeței lichidului să se retragă în interiorul

gelului. Dacă un lichid este ținut sub presiune mai mare decât presiunea vaporilor și

temperatura este ridicată, acesta se va transforma la temperatura critică într-un gaz, fără a

mai fi prezente două faze.” (S. S. Kistler, J. Phys. Chem. 34, 52, 1932)

Primele geluri studiate de Kistler au fost silica gelurile, sintetizate prin condensarea acidă a

silicatului de sodiu apos. Cu toate acestea, încercările de a prepara aerogeluri transformând

apa din aceste geluri în fluid supercritic au eșuat. În loc să lase în urmă un silica aerogel, apa

supercritică redizolva silica, care apoi precipita. Se știa că apa din geluri apoase poate fi

înlocuită de lichide organice miscibile. Kistler a încercat din nou prin spălarea silica gelurilor

cu apă (pentru a îndeparta sărurile din gel) și apoi prin înlocuirea apei cu alcoolul. Prin

transformarea alcoolului într-un fluid supercritic și extragerea lui din silica gel, primul

aerogel a fost sintetizat. Aerogelurile lui Kistler erau foarte asemănătoare cu aerogelurile

produse astazi. Erau transparente, cu densitate mică, materiale foarte poroase care

atrăgeau un mare interes științific. În următorii ani, Kistler a caracterizat silica aerogelurile

lui și a sintetizat aerogeluri din multe alte materiale, inclusiv alumină, oxid de wolfram, oxid

feric, oxid de staniu, tartrat de nichel, celuloză, gelatină, albumină din ou și cauciuc.

3

A urmat apoi o perioadă în care aerogelurile nu au mai fost amintite, până la sfârșitul anilor

1970, când guvernul francez a abordat Universitatea Claud Bernard din Lyon pentru

cautarea unei metode de stocare a oxigenului și a combustibilului pentru rachete în

materiale poroase. Pentru că timpul era scurt și prin metoda lui Kistler aerogelurile puteau fi

sintetizate în câteva săptămâni, s-a căutat o nouă metodă de sinteză, materializată prin

metoda sol-gel. Acest proces a înlocuit silicatul de sodiu folosit de Kistler cu un acoxisilan

(tetrametilortosilicat, TMOS). Hidroliza TMOS într-o soluție de metanol a produs un gel într-

o singură etapă (denumit “alcogel”). Aceasta a eliminat două din neajunsurile procedurii lui

Kistler, și anume, înlocuirea apei cu alcoolul și prezența sărurilor în gel. Prin uscarea acestor

alcogeluri în condiții supercritice s-au produs silica aerogeluri de mare calitate.

Astăzi, aerogelurile impresionează printr-o gama variată de proprietăți. Aerogelurile sunt cel

mai bine cunoscute datorită densității lor foarte mici (care variază de la 0.0011 la 0.5 g/cm3).

De fapt toate materialele cu densități foarte mici, care au fost produse până în prezent

aparțin aerogelurilor, incluzând un aerogel de silice este doar de trei ori mai greu decât

aerul. În medie, aerogelurile au densități de 0.020g/cm3 (de 15 ori mai grele decât aerul).

Acestea conțin 95-99% aer (sau alte gaze) in procente de volum, aerogelul cu cea mai mica

densitate având 99.98% aer în procente de volum.

În esență, aerogelul este partea solidă, uscată, poroasă, de densitate mică a unui gel, izolată

de componenta lichidă a gelului. Aerogelurile au pori deschiși și dimensiunea acestora

variază de la mai puțin de 1 nm pana la 100 nm în diametru.

Aerogelurile pot fi produse dintr-o clasa variată de substanțe, precum:

silice (Silica Aerogel);

oxizi ai metalelor tranziționale;

oxizi ai lantanidelor și actinidelor;

polimeri organici;

nanostructuri semiconductoare (ex: quantum dots);

carbon;

nanotuburi de carbon;

4

Caracteristicile silica aerogelurilor

Chimia suprafeței

Silica aerogelurile conțin particule cu diametru de 2-5 nm. Particulele de silice de dimensiuni

atât de mici au un raport suprafață-volum extraordinar de mare (aproximativ 2·109 m-1) și o

suprafață specifică corespunzătoare (aproximativ 900 m2/g). Așadar, nu este surprinzător

rolul dominant în comportamentul chimic și fizic îl joacă chimia suprafeței interioare.

Aceasta este proprietatea care face din aerogeluri material atractive pentru folosirea lor ca

adsorbanți, catalizatori, substraturi catalitice.

Structura porilor

Structura porilor silica aerogelurilor este greu de descris în cuvinte. Din păcate, metodele

disponibile de caracterizare a porozozității fac o muncă doar puțin mai bună. IUPAC a

recomandat o clasificare pentru materiale poroase: micropori (acolo unde porii au mai puțin

de 2 nm diametru), mezopori (cei cu diametre cuprinse între 2 și 50 de nm) și macropori

(pentru cei care au diametru mai mare de 50 nm). Silica aerogelurile au pori de toate cele

trei dimensiuni. Cu toate acestea, majoritatea porilor sunt in regiunea mezoporilor și relativ

puțin în regiunea microporilor.

Pentru determinarea porozității silica aerogelurilor s-au folosit o întreagă gamă de metode:

Adsorbție gaz/vapori, XRS, RMN gaz/solid, microscopie electronică, microscopie atomică de

forță.

Distribuția porilor pentru un aerogel obținut intr-o etapă

5

Proprietăți fizice

Proprietate Valoare Observații

Densitate aparentă 0,003 – 0,35 g/cm3 Cea mai intâlnită densitate este de

0,1 g/cm3

Suprafață specifică interioară 600 – 1000 m2/g Determinată prin

adsorbție/desorbție de azot

Procent de solide 0,13 – 15% De obicei 5%

Diametrul porilor semnificativi ~20 nm

Determinat prin

adsorbția/desorbția de azot

(variază cu densitatea)

Diametrul celulei elementare 2-5 nm Determinată prin microscopie

electronică

Indice de refracție 1,0 – 1,05 Foarte mic pentru un material solid

Rezistență termică Până la 500oC

Fisurarea începe încet la 500oC și

crește cu creșterea temperaturii.

Punctul de topire este la peste

1200oC

Coeficient de expansiune termică 2,0 – 4,0·10-6 Determinat prin metode

ultrasonice

Modulul Young 106 – 107 N/m2 Foarte mic în comparație cu

densitatea silicei

Rezistența la tracțiune 16 kPa Pentru densitatea de 0,1 g/cm3

Tenacitate ~0,9 kPa·m1/2

Pentru densitatea de 0,1 g/cm3.

Determinată prin încovoierea în

trei puncte

Constanta dielectrică ~1,1

Pentru densitatea de 0,1 g/cm3.

Foarte mică pentru un material

solid

Viteza sunetului prin material 100 m/s

Pentru densitatea de 0.07 g/cm3.

Una din cele mai mici viteze ale

sunetului printr-un material solid

6

Proprietăți optice

Proprietățile optice ale silica aerogelurilor sunt cel mai bine descries de fraza “silica

aerogelurile sunt transparente”. Aceasta poate părea evident ținând cont că silica

aerogelurile sunt făcute din aceleași materiale ca sticla. Cu toate acestea, situația nu e atât

de simplă precum comparația făcută. În timp ce obiectele îndepărtate se pot vedea prin

silica aerogel de câțiva centimetri, materialul afișează o ceață ușor albăstruie atunci când

piesa iluminată este vizualizată pe un fundal întunecat și o lumină transmisă ușor roșie.

Aceste efecte sunt un rezultat al efectului de împrăștiere Rayleigh. Acest fenomen se explică

prin rețeaua de pori din aerogeluri, care se comportă ca centrii de împrăștiere. Majoritatea

sunt mult mai mici (~20nm) decât lungimea de undă a luminii din spectrul vizibil. Deoarece

eficiența împrăștierii este dependentă de mărimea centrilor de împrăștiere, lungimi de undă

diferite se vor împraștia cu magnitudini variate. Aceasta cauzează înroșirea luminii transmise

(lumina roșie are o lungime de undă mai mare și este împrăștiată mai putin de structura fină

a aerogelurilor) și apariția albastrului în lumina reflectată de pe silica aerogeluri.

Spectrul vizibil de transmisie

Absorbanța silicei is foarte redusă în spectrul vizibil. De aceea transmitanța în această

regiune este atenuată de efectul de împrăștiere. O dată cu scurtarea lungimilor de unda,

efectul de împrăștiere crește, transmisia fiind oprită aproape de 300 nm. Absorbanțe slabe

încep să apară în infraroșul apropiat, iar transmisia este din nou oprită în jurul a 2700 – 3000

nm.

7

Spectrul infraroșu

O dată cu trecerea spre infraroșu a spectrului, împrăștierea devine mai puțin importantă și

vibrațiile moleculare standard țin cont de structura spectrală. O bandă largă de absorbție se

observă de obicei la 3500 cm-1, datorită vibrațiilor legăturii O-H. O bandă de vibrație mai

slabă a legăturii O-H se observă la 1600 cm-1. Atât apa adsorbită cât și suprafața grupărilor

O-H contribuie la aceste benzi. Eliminarea vibrațiilor datorate apei și grupărilor O-H pot fi

eliminate semnificativ prin uscarea probei înainte de analiză, respectiv prin arderea

aerogelului la 500oC. Vibrația fundamentală Si-O-Si este reprezentată de banda de la ~1100

cm-1. Există o regiune de transparență în infraroșu îndepărtat, între 3300 și 2000 cm-1.

Aceasta permite unei părti din radiația termică să treacă prin silica aerogel și să îi scadă

preformanțele izolatoare termice.

Proprietăți termice

După sintetizarea primelor silica aerogeluri, Kistler a început să le caracterizeze cât se poate

de bine. Una din proprietățile extraordinare pe care le-a descoperit a fost conductivitatea

lor termică redusă. Kistler a descoperit, de asemenea, ca aceasta scădea chiar mai mult sub

vid. Cu toate acestea, în anii 1930 izolarea termică nu era o prioritate și aplicațiile

aerogelurilor în sisteme de izolare nu erau căutate. Renașterea tehnologiei aerogelurilor în

anii 1980 a coincis cu preocupările pentru eficiența energetică și efectele

clorofluorocarburilor (CFC) asupra mediului. Silica aerogelurile erau o alternativă atractivă la

izolarea tradițională datorită proprietăților bune de izolare și a metodelor de producție

8

prietenoase pentru mediu. Din păcate, costurile de producție ale materialului erau prea

mari.

Pasajul de energie termică printr-un material izolant se produce prin trei mecanisme:

conductivitate prin solid, conductivitate prin gaz și conductivitate prin radiația transmisă

(infraroșu). Suma acestor trei componente reprezintă conductivitatea termică totală.

Conductivitatea prin solid este o proprietate intrinsecă a materialului. Pentru silicea densă,

conductivitatea prin solid este relativ mare. Cu toate acestea, în silica aerogeluri există o

mică parte solidă (1-10%). Mai mult, solidele prezente constau din particule foarte mici,

legate într-o rețea tridimensională cu multe “dead-end”-uri. De aceea, transportul termic

prin porțiunea solidă a silica aerogelului se produce printr-o cale sinuoasă si nu este

deosebit de eficace. Spațiul neocupat de solidele dintr-un aerogel este umplut în mod

normal cu aer (sau alt gaz), mai puțin în cazul în care materialul este ținut sub vid. Aceste

gaze pot transporta, de asemenea, energie termică prin aerogel. Porii silica aerogelului sunt

deschiși și permit trecerea gazului prin material. Ultimul mod de transport termic prin silica

aerogeluri presupune radiatie infraroșie. Un avantaj al silica aerogelurilor pentru aplicațiile

în izolare este transparența în spectrul vizibil, care permite utilizarea lor la ferestre. De

altfel, ele sunt destul de transparente și în infraroșu (în special între 3-5 microni). La

temperaturi joase, componenta radiativă a transportului termic este scăzută și nu este o

problemă semnificantă. La temperaturi înalte, transportul radiației devine componenta

dominantă a conducției termice și trebuie rezolvată.

9

Obținerea silica aerogelului

Silica aerogelul se obține prin extracția lichidului din scheletul silica gelului, astfel încât să se

conserve cel puțin 50% (dar în general 90-99%) din volumul initial al gelului. De obicei, acest

lucru se realizează prin uscarea supercritică a gelului, dar se poate realiza și prin alte

metode.

Chimia sol-gel

Formarea aerogelurilor presupune, în general doi pași majori,

formarea unui gel umed și uscarea lui pentru formarea

aerogelului. La început, gelurile umede erau obținute prin

condensarea silicatului de sodiu, sau a unui material similar.

În timp ce acest proces a decurs bine, reacția a format săruri

în interiorul gelului, care trebuia înlăturat prin spălări

repetate (o procedură lungă și laborioasă). O dată cu

dezvoltarea rapidă a metodei sol-gel în ultimele decenii, cea

marea majoritate a silica aerogelurilor produse astăzi

utilizează alcoxizii de siliciu ca precursori. Cei mai utilizați

dintre aceștia sunt tetrametilortosilicatul (TMOS, Si(OCH3)4)

și tetraetilortosilicatul (TEOS, Si(OCH2CH3)4). Cu toate

acestea, multi alți alcoxizi, care conțin diferite grupe organice

funcționale, pot fi folosiți pentru a da proprietăți gelului.

Chimia sol-gel bazată pe alcoxizi evită formarea sării nedorite

și permite un control mult mai bun al produsului final.

Ecuația chimică pentru formarea silica gelului din TEOS este:

Si(OCH2CH3)4 (liq.) + 2H2O (liq.) = SiO2 (solid) + 4HOCH2CH3 (liq.)

Reacția de mai sus este realizată de obicei în etanol,

densitatea finală a aerogelului fiind dependentă de

concentrația de monomeri de alcoxizid de siliciu din soluție. De remarcat că stoechiometria

reacției necesită doi moli de apă la un mol de TEOS. În practică, această cantitate de apă

10

conduce la o reacție incompletă și la un aerogel slab, tulbure. De aceea, cele mai multe

rețete folosesc apă într-un raport mai mare decât cel rezultat din egalarea reacției chimice.

Catalizatori

Cinetica reacției de mai sus este deosebit de înceată la temperature camerei, de cele mai

mult ori necesitând câteva zile pentru ca reacția să se finalizeze. Din acest motiv, catalizatori

acizi sau bazici sunt adăgați în reactie. Cantitatea si tipul catalizatorului folosit joacă un rol

esential în vederea microstructurii, proprietăților fizice și optice a produsului final de

aerogel.

Catalizatorii acizi pot fi acizi protici, precum HCl. Cataliza fundamentală folosește în general

amoniacul, sau mai de obicei, amoniac și florură de amoniu. Aerogelurile preparate în

cataliză acid se fisurează mai mult în timpul uscării supercritice și sunt mai puțin

transparente decât cele obținute prin cataliză bazică. Efectele microstructurale ale

diferitelor tipuri de cataliză sunt greu de descris prin microscopie electronică. Toate

imaginile arată particule mici (cu diametre de 2-5 nm) care au în general o formă sferică sau

în formă de ou. Prin cataliză acidă aceste particule apar mai puțin solide decât în cazul

gelurilor formate prin cataliză bazică.

În timp ce reacțiile de condensare progresează, solul se transformă într-un gel rigid. În acest

punct, gelul este îndepărtat din matriță. Cu toate acestea, gelul trebuie acoperit cu alcool

pentru prevenirea evaporării lichidului din porii gelului. Evaporarea cauzează daune

semnificative gelului, ceea ce va conduce la aerogeluri de proastă calitate.

Aerogeluri obținute într-o singură etapă. Aerogeluri obținute în două etape

Gelurile TEOS catalizate acid sau basic sunt clasificate ca geluri obținute într-o singură etapă,

referindu-ne la faptul ca reacția are loc într-o singură incintă. O abordare dezvoltată mult

mai recent, ultilizează TEOS pre-polimerizați ca sursă de silice. TEOS pre-polimerizați sunt

obținuți prin încălzirea unei soluții etanolice de TEOS cu un conținut sub stoechionetric de

apă și un catalizator acid. Solventul este înlăturat prin distilare, lăsând în urmă un fluid

vâscos, care conține o masă moleculară mai mare de alcoxi-oxizi de siliciu. Materialul este

redizolvat în etanol și reacționează cu apă până când apare gelifierea. Gelurile preparate

prin această metodă sub cunoscute sub numele de geluri obținute prin cataliză acido-bazică

în doua etape.

11

Aceste condiții, ușor diferite de prelucrare dau mici, dar importante schimbări pentru

produsul final de aerogel. Aerogelurile obținute într-o singură etapă prin cataliză bazică sunt

de obicei mai rezistente mecanic dar mai sfărâmicioase decât aerogelurile obținute în două

etape. În timp ce aerogelurile obținute în două etape au o distribuție mai mica și mai îngustă

a dimensiunii porilor și sunt adesea mai clare optic decât aerogelurile obtinute într-o singură

etapă.

Îmbătrânirea și înmuierea

Când un sol atinge punctual de gel, se consideră adesea că hidroliza și reacția de condensare

a alcoxidului de siliciu sunt complete. Aceasta este departe de adevăr, insă. Punctul de gel

reprezintă doar momentul când polimerizarea speciilor silicice deschid containerul care

conțin solul. În acest punct, silicea, forța motrice a gelului conține un număr semnificativ de

grupări alcoxid nereacționate. De fapt, hidroliza și condensarea pot continua de mai multe

ori în timpul necesar gelifierii. Pentru întărirea rețelei de silice este nevoie de timp. Acest

lucru poate fi îmbunătățit prin controlul conținutului de apă și de pH-ul soluției de

acoperire. Procedura comună pentru îmbătrânirea gelurilor catalizate basic presupune

înmuierea gelului într-un amestec de alcool/apă de proporții egale cu solul initial la un pH de

8-9 (amoniacal). Gelurile se lasă astfel în această soluție pentru 48 de ore.

Această etapă, și toate etapele ulterioare de prelucrare, sunt controlate prin difuzie. Astfel,

transportul de material în și din gel nu este afectat de convecție sau amestecare (datorită

rețelei solide de silice). Difuzia este afectată, la rândul ei, este afectată de grosimea gelului.

Pe scurt, timpul necesar pentru fiecare etapă de procesare crește dramatic cu creșterea

grosimii stratului de gel. Aceasta limitează producerea de aerogelul la o grosime de 1-2 cm

bucata.

După îmbătrânirea gelului, toată apa care a rămas in porii săi trebuie îndepărtată înainte de

uscare. Acest lucru se realizează prin înmuierea gelului în alcool pur în repetate rânduri până

când toată apa este îndepărtată. Durata de timp necesară pentru acest process depinde de

grosimea gelului. Apa rămasă în gel nu va fi eliminată prin uscare supercritică și va conduce

la un aerogel opac, alb și foarte dens.

12

Uscarea supercritică

Etapa finală și cea mai importantă în procesul de obținere a silica aergolurilor este uscarea

supercritică. În această etapă, lichidul din gel este înlăturat, lăsând în urmă doar rețeaua de

silice. Procesul se poate realiza prin ventilarea etanolului deasupra punctului său critic

(temeratură înaltă – procedură foarte periculoasă) sau prin schimbarea solventului cu CO2,

urmată de vetilarea supercritică (temperature mai joase – pericol mai mic). Este absolut

necesar ca acest process să se realizeze numai în autoclave special concepute pentru acest

scop (autoclave mici utilizate microscopiile electronice pentru prepararea probelor biologice

sunt acceptabile pentru uscarea CO2). Procesul se desfășoară după cum urmează:

alcogelurile sunt plasate în autoclavă (care a fost umplută cu etanol). Sistemul este

presurizat la cel puțin 50-60 atm (750-850 psi) cu CO2 și răcit la 5-10oC. CO2 lichid este apoi

transmis prin vas până ce tot etanolul a fost înlăturat din gel. Când gelurile rămân fără

etanol, vasul este încălzit la o temperatură mai mare decât temperatura critică a CO2 (31oC).

În timp ce vasul se încălzește, presiunea sistemului crește. CO2 se eliberează încet pentru a

menține o presiune puțin mai mare decât presiunea critica a CO2 (71 atm – 1050 psi).

Sistemul este menținut în aceste condiții pentru puțin timp, procedeu urmat de eliberarea

controlată a CO2 la presiunea ambiantă. Ca la etapele anterioare, timpul necesar proselui

este dependent de grosimea gelurilor. Procesul poate dura între 12 ore și 6 zile.

În acest punct, vasul se poate deschide și se pot admira aerogelurile pentru frumusețea lor

intrinsecă.

13

Rețete specifice

Cataliză bazică într-o singură etapă a silica aerogelului

Aceasta va produce un aerogel cu o densitate de aproximativ 0,08 g/cm3. Timpul de gel ar

trebui să varieze între 60 și 120 de minute, depinzând de temperatură.

1. Se amestecă două soluții: a) soluție silicică, care conține 50 mL TEOS și 40 mL etanol b) soluție catalizatoare, care conține 35 mL etanol, 70 mL apă, 0,275 mL soluție apoasă amoniacală 30% și 1,21 mL 0,5 M florură de amoniu.

2. Se adaugă soluția catalizatoare peste soluția silicică sub agitare. 3. Se toarnă amestecul într-o matriță corespunzătoare până la gelifiere. 4. Se procedează tinând cont de metoda descrisă mai sus.

Cataliză acido-bazică în două etape a silica aerogelului

Aceasta va produce un aerogel cu o densitate de aproximativ 0,08 g/cm3. Timpul de gel ar

trebui să varieze între 30 și 90 de minute, depinzând de temperatură.

1. Se amestecă două soluții: a) soluție silicică, care conține 50 mL silice precondensată și 50 mL etanol b) soluție catalizatoare, care conține 35 mL etanol, 70 mL apă, 0,35 mL soluție apoasă amoniacală 30%.

2. Se adaugă soluția catalizatoare peste soluția silicică sub agitare. 3. Se toarnă amestecul într-o matriță corespunzătoare până la gelifiere. 4. Se procedează tinând cont de metoda descrisă mai sus.

14

Aplicațiile silica aerogelului Specialiștii consideră că potențialul materialului este aproape nelimitat, fiind de părere ca s-

ar putea găsi aplicații ale acestuia în majoritatea domeniilor și activităților umane. Pentru că

absoarbe complet radiațiile infraroșii, el va permite construirea unor clădiri sau incinte care

să permită accesul luminii solare în interiorul lor, fără a tolera însă și schimbările termice.

Inserarea unui strat de aerogel în pereții exteriori ai caselor și în compoziția geamurilor

ferestrelor, ne va scăpa atât de căldura toridă a verii și de frigul sezonului rece, cât și de

aparatura electrocasnică mare consumatoare de energie electrică, așa cum sunt toate

aparatele de aer condiționat. Dacă suntem puțin mai îndrăzneți, putem să ne gandim chiar

că montarea unui acoperiș transparent ce permite pătrunderea întregului spectru de lumină

fără vreun pic de căldură va reprezenta un salt uriaș din punct de vedere al eficienței

energetice.

Aplicațiile aerogelului sunt infinite, cercetătorii au descoperit că el poate fi folosit și pentru

fabricarea rachetelor de tenis, dar datorită modificării prin ados de sulf sau seleniu, cu

ajutorul aergelului pot fi evitate chiar catastrofe ecologice. De exemplu, urmările

dezastruase ale unor deversări accidentale de produse petroliere în apele mărilor și

oceanelor ar putea fi cu succes anulate, prin exploatarea uriașei capacități a aerogelului de a

absoarbi metale grele, de tipul mercurului, din mediul acvatic. Particule de aerogel

răspândite pe rauri și lacuri ar avea capacitatea de a atrage metalele grele din ape și, deci,

de a curăța mediul. Chimistul American Mercouri Lonatzidis a dovedit acest lucru,

demonstrând că particulele de aerogel au adus o soluție infectată cu mercur, de la 645 părți

mercur la un million părți apă, la doar 0,04 părti mercur pentru un milion părți de apă, o

agresivitate similară prezintă aerogelul și în cazul mediilor încărcate cu plumb, cadmiu și

sulf.

NASA foloseste deja aerogelul pentru izolarea termică a costumelor astronauților; un strat

de 18 mm din material asigurând protecția împotriva frigului la temperaturi de până la

minus 150 grade Celsius.

Un material absolut fantastic, acesta este aerogelul, un strat de numai 8 mm poate asigura

supraviețuirea în fața exploziei a unui kilogram de dinamita și a unui soc termic ce degajează

o căldura de peste 1000 grade Celsius. Procesat prin metode speciale, aerogelul poate fi

15

utilizat și pentru desalinizarea apei de mare. Dacă mai adăugam că este un bun conductor

de electricitate și că este capabil să înmagazineze energie solara precum celulele

fotovoltaice, întelegem că aerogelul se prezintă chimiștilor și inginerilor precum un material

al viitorului.

Demonstrare a calităților termoizolante

ale aerogelului

O cărămidă cântărind 2,5 kg este

susținută de o bucată de aerogel

de doar 2 grame.

16

Bibliografie

1. Ehrburgerdolle, F., J. Dallamano, E. Elaloui, and G.M. Pajonk,1995 – Relations Between the

Texture of Silica Aerogels and Their Preparation. Journal of Non-Crystalline Solids 186: 9-17.

2. Woignier, T., J. Phalippou, H. Hdach, G. Larnac, F. Pernot, and G.W. Scherer,1992 – Evolution

of Mechanical Properties During the Alcogel Aerogel Glass Process. Journal of Non-

Crystalline Solids 147: 672-680.

3. Zeng, S.Q., A.J. Hunt, W. Cao, and R. Greif,1994 – Pore Size Distribution and Apparent Gas

Thermal Conductivity of Silica Aerogel. Journal of Heat Transfer 116: 756-759.

4. http://eetd.lbl.gov/ecs/aerogels/

5. http://ro.wikipedia.org/wiki/Aerogel