Autor: Ljubica Šaran

Matrix World

Aerogel je umjetna porozna krutina s najnižom poznatom gustoćom. Stvoren je iz istih materijala kao pijesak i staklo no ima izvanredna termoizolacijska svojstva koja se ne mogu usporediti ni sa čim drugim na planeti.

Smrznuti dim je otkrio Amerikanac Samuel Stephens Kistler, davne 1931. godine, ali znanstvenici i industrijalci jednostavno nisu znali kako iskoristiti takav materijal. Aerogel se proizvodi na način da se iz tekućina – osnova za pravljenje gela – vadi sama tekućina uz pomoć procesa koji se naziva superkritično sušenje.

Tipična plavksata boja aerogela se stvara isključivo na tamnoj pozadini.

Prvi oblici „sušenog dima“ su stvoreni uz osnovice od aluminija, kroma i kositrenog oksida, a nakon decenija zaborava, točnije tijekom 80-tih godina XX. vijeka znanstvenici su stvorili aerogel na osnovi ugljika i silicija.

Aerogel je odličan toplinski izolator jer se gotovo u cijelosti sastoji od plinova koji su slabi vodiči topline. Uobičajena gustoća „smrznutog dima“ iznosi tek 0,3 – 3 g/dm³, dok je gustoća najmodernijeg aerogela tek 4% veća od gustoće zraka.

Zbog svoje lakoće, transparentnosti i svojstva super-termoizolacije jako je teško vidjeti i osjetiti komadić aerogela na ruci. Znanstvenici smatraju da se aerogelu može „prigovoriti“ jedino njegova krtost jer lako pucaju, no mogu izdržati pritisak na glatkoj površini mase koja je 2000 puta veća od njihove, dok se najmoderniji silicijski aerogelovi mogu pohvaliti i izdržljivošću tlačenja na glatkoj površini mase koja je do 4000 puta veća od njihove.

Čovjek bez ikakvog problema drži ruku na aerogelu dok je ispod njega otvoreni i usmjereni plamen let lampe.

Silicijski aerogelovi mogu izdržati temperaturu do točke taljenja silicija, koja iznosi 1200 stupnjeva Celzija, stoga ne čudi niz reklama za ovu vrstu aerogela i njihovu otpornost čak i prema postojanom plamenu let lampe.

Na prvi dodir aerogel nalikuje na stiropor, no ako vam ispadne iz ruke na tvrdu površinu, čuje se zvuk nalik na lopticu ping ponga koja udara o stol.

Smrznuti dim je jedan od prvih poznatih umjetnih nano struktura na zemlji, iako prvijenstvo nano tehnologije drži staro-rimsko staklo za pehare, koje je mijenjalo boju u zavisnosti od vrste svjetla.

Boja u aerogelu se mijenja zbog takozvanog Rayleighovog raspršavanja kratkih valova vidljive svjetlosti unutar nano dendritičkih struktura samog gela. Zbog toga aerogel izgleda poput plavkastog dima na tamnoj pozadini dok na svijetlim pozadinama dobiva žućkastu boju.

Odlična izolacijska svojstva aerogela se mogu vidjeti na temperaturi od 600 stupnjeva Celzijeve ljestvice.

Zbog takozvanog Knudsenovog efekta, aerogelovi služe kao odlični izolatori, točnije njihova je termalna vodljivost je manja od plinova od kojih su sačinjeni.

Uglavnom silicijski aerogelovi imaju najmanju gustoću i težinu, ona uglavnom iznosi 1,900 g/m³ dok je gustoća zraka na nultoj nadmorskoj visini uz temperaturu od 20 stupnjeva Celzijeve ljestvice tek nešto manja i iznosi 1,200 g/m³. 2013. godine znanstvenici su stvorili takozvani aerografen, vrstu aerogela od grafena čija je gustoća nevjerojatnih 160 g/m³.

Aerogel mase od samo dva grama drži ciglu težine od 2,5 kilograma.

U ugljičnim aerogelovima leži budućnost nano tehnologije, njihova primjena je široka jednako kao i primjena grafena. Zbog velike poroznosti i čestica koje variraju u duljini od nekoliko nanometara, s njima se mogu stvarati varijacije modernih tehnoloških spravica, a zbog mogućnost (po potrebi) vodljivosti električne struje mogu koristiti kao senzori u posebnim uvjetima.

Najmoderniji solarni kolektori bi trebali biti stvarani iz grafenskih gelova, dok bi se najtanje elektrode i kondenzatori također uskoro trebali proizvoditi iz najmodernijih vrsta aerogelova.

Ugljični aerogelovi su ekstremno crni te reflektiraju tek 0,3% solarne radijacije, što ih za sada stavlja na prvo mjesto u stvaranju najmodernijih solarnih panela za svemirske letjelice skore budućnosti.

Letjelica Stardust na sebi nosi hvatač svemirske prašine sačinjen od aerogela.

Aerogelovi na bazi aluminija točnije aluminij oksida su poznati kao odlični katalizatori kemijskih reakcija. NASA će aerogelove od aluminij-nikla u kombinaciji s gandolijem, trebijem koristiti kao određene hvatače i senzore za super brze svemirske čestice, dok bi se određeni organski polimeri također mogli pretvarati u fleksibilne aerogelove.

Celulozni aerogel bi bio savršen za stvaranje termoizolacijskih odijela, bez obzira radi li se o posebnim odijelima za vatrogasce, zaštitnim odijelima za ljude u ljevaonicama željeza ili pak odijela za ekpedicije u polarne uvjete ili odijela za šetnju u svemiru.

Aplikacije aerogela su toliko raznovrsne da bi nama trebali dani da ih sve navedemo i objasnimo.

Dovoljno je reći da je samo u SAD-u tijekom 2013. godine potrošeno oko 500 milijuna dolara na aerogel materijale za toplinsku izolaciju.

Sablasna fluorescentna svjetlost snimljena za vrijeme hvatanja superluminalnih elektrona u Reed Research reaktoru u SAD-u. Aerogel posebne izrade omogućuje hvatanje i osvjetljavanje elektrona nadsvjetlosne brzine.

No možda je nama jedna od najvažnijih primjena aerogela bila tijekom mjerenja takozvane Cherenkove radijacije, točnije elektrona koji se kreću brzinom za 1,4 puta većom od brzine svjetlosti (superluminalno ili nadsvjetlosno kretanje). Da, dobro ste pročitali, Pavel Alekseyevich Cherenkov je davne 1958. godine dobio Nobelovu nagradu za fiziku jer je eksperimentalno dokazao kako elektroni u posebnim uvjetima mogu preći brzinu svjetlosti.

Kako god bilo o aerogelovima i Cherenkovoj radijaciji se jako malo zna, no možda je vrijeme došlo da naučimo stvari koje je naše društvo i znanstvenici skoro zaboravili. Ne zaboravite aerogel je otkriven 1931., a elektroni s nadsvjetlosnom brzinom 1958. Iako ove stvari vama možda nemaju nikakvu važnost, pitanje je kako bi danas društvo izgledalo da su se aerogelovi i efekt Cherenkove radijacije istraživali marljivo i otvoreno?

Izvor:

Aerogel – Wiki

Aerogel.org

Aerogel Technologies