Aerogel: De next-generation ultra-lichte isolator die ruimtevaart aandrijft

Wat zijn de toepassingen van aerogels?

Aerogels zijn geen specifiek materiaal, maar ze zijn een vorm van materiaal dat verwerkt is om het extra poreus te maken. De meest voorkomende aerogels zijn gemaakt van silica (siliciumdioxide); maar er zijn ook aerogels gemaakt van grafene, ijzeroxide, polymeren, en meer.

Aerogels verschijnen ook in een verscheidenheid aan vormen inclusief dikke stenen, flexibele vellen, en dunne coatings. Aerogels kunnen in een reeks toepassingen gebruikt worden, en zijn commercieel beschikbaar voor gebruik als isolatie. Echter, onderzoekers hebben diverse andere technologische toepassingen voor deze opmerkelijke materialen ontwikkeld.

Aerogel isolatie

De lage thermische geleidbaarheid en lage dichtheid van aerogels maken hen een uitstekend isolatiemateriaal. Als toegevoegde bonus, zijn aerogels zo licht dat ze nauwelijks gewicht aan de structuur toevoegen, wat ze perfect voor ruimtereizen maakt omdat elke kilogram geld kost om in de ruimte te tillen. Aerogels zijn ook dermate uitstekende isolatoren dat ze in dunne lagen waar flexibiliteit nodig is gebruikt kunnen worden, zoals in ruimtepakken.

Sommige aerogels zijn doorschijnend, wat betekent dat ze gebruikt kunnen worden op plekken waar traditionele isolaties niet kunnen, zoals ramen en zonnepanelen. Of ze nu gebruikt worden voor dakramen in aardse gebouwen of de ramen in een toekomstige ruimtehabitat, aerogels laten licht door maar blokkeren de warmteoverdracht.

Dit maakt ze ideaal voor structuren makkelijker te verwarmen en te koelen terwijl ze ook meer natuurlijk licht binnenlaten. Aerogels zijn ook gebruikt als coatings in next-generation zonnewarmteverzamelaars, waar de aerogel licht doorlaat maar warmte ontsnapping voorkomt.

Aerogels' vermogen om de warmtestroom te stoppen maakt ze ook nuttig als een vorm van camouflage, en aerogel coatings zijn getest als een manier om te verstoppen voor infraroodcamera's.

Adsorbers & filters

De kleine poriën binnen aerogels geven hen een bijzonder hoog specifiek oppervlak, wat betekent dat een grote hoeveelheid van het vaste materiaal in contact is met zijn omgeving. Wanneer aerogels gemaakt worden van materialen die bepaalde moleculen of deeltjes aantrekken en aan zich hechten, kunnen ze gebruikt worden als filters en adsorbers die stoffen in de poriën vangen.

Een bekende familie van aerogel adsorbers is silica gel, wat veelvoorkomend gebruikt wordt als droogmiddel om water uit de lucht te verwijderen. Meeste mensen zijn bekend met silica gel zakjes gebruikt om voedsel en andere items droog te houden, in airconditioning systemen, en andere toepassingen. Na silica gel verzadigd is met water, kan het "opgeladen" worden door te verwarmen in een oven, wat het water van de oppervlaktes van zijn poriën verdampt, wat het droog en klaar voor gebruik weer maakt.

De hoeveelheid water die geabsorbeerd kan worden neemt toe met het specifieke oppervlak. Aangezien aerogels een nog hoger specifiek oppervlak hebben dan traditionele silica gels, bieden aerogels nog grotere verbeteringen in hun vermogen om vocht te vangen.

Geavanceerde technologische toepassingen

Het hoge specifieke oppervlak van aerogels betekent dat ze een bijzonder grote hoeveelheid materiaal in contact hebben met hun omgeving. Dit maakt aerogels nuttig voor een groot aantal chemische en electrochemische processen die verbeterd kunnen worden door het contactoppervlak tussen oplossingen en vaste substraat te maximaliseren.

Deze omvatten dienen als katalysatoren of katalysator substraat voor een verscheidenheid aan industriële chemische processen alsook elektoden in next-generation supercondensatoren.

Omdat aerogels een type structuur zijn die gemaakt kan worden uit een wijd scala aan materialen, ontwikkelen onderzoekers constant nieuwe aerogels en nieuwe manieren om ze te gebruiken. Naarmate additionele nieuwe materialen in aerogels omgezet worden, zullen ze nieuwe technologische ontwikkelingen mogelijk maken zoals nieuwe supercondensatoren, antimicrobiële coatings, olievervuiling absorberende pads, botimplantaten, en meer.

Vanwege hun unieke combinatie van lage thermische geleidbaarheid, lage dichtheid, hoog oppervlak, en doorschijnendheid, evolueren aerogels tot een diverse array van cutting-edge materiaaltechnologieën.