Silica Aerogel
Materialegenskaper:
- densitet: 650 - 1,1 kg/m3
- hårdhet: Uppgift Saknas
- längdutvidgningskoefficient: 2 ppm/K-1
- värmeledningsförmåga: 0,03 - 0,016 W/(m K)
- resistivitet 1013 Ohmmeter
Användning
Aerogel har väldigt annorlunda egenskaper vilket gör det väldigt attraktivt inom vissa användningsområden. Till exempel så går det väldigt lätt sönder av stötar, men det kan bära flera tusen gånger sin egen vikt. En egenskap som många tillverkare utnyttjar är även dess isoleringsförmåga. Den största anledningen till att silica aerogel inte används så mycket nu är svårigheterna att tillverka och bearbeta materialet.
Isolering av rymdteknologi
En stor anledning till att tillverkare väljer aerogel över andra material är dess ovanligt bra isolerande egenskaper. Många Aerogels är också extremt lätta, med en densitet lägre än luften om den är evakuerad. Det är på grund av detta som Silica Aerogel är ett attraktivt ämne inom rymdforskning. Ett exempel på detta är Marsrovrarna "Spirit" och "Opportunity". På grund av hur mycket temperaturen kan skifta på mars så använder sig dessa av Silica Aerogel för att hålla elektronik och annan teknik vid en fungerande temperatur.
Stardust rymdsond
En annan egenskap som gör silica aerogel så användbart är hur bra det är på att stanna snabba partiklar. Rymdsonden Stardusts uppdrag var att fånga upp partiklar från en komets svans och leverera dom säkert till jorden där de kunde bli undersökta. Ett stort problem med denna uppgift är dock partiklarna som skulle fångas upp. Med en storlek som var ungefär som ett sandkorn och en relativ hastighet runt 6100m/s så blir dessa ganska svåra att fånga upp. För att lösa detta så byggdes fångare av silica aeroel. Dessa kunde fånga upp och stanna de snabba partiklarna. uppdraget lärde oss mycket om solsystemets historia och hur vi uppkom.
kommersiella produkter
I takt med att aerogels blir lättare att tillverka och producera så blir dom mer vanliga i vardagsprodukter. Och medans det är ett tag kvar innan vi använder någon aerogel som husisolering så har vissa produkter redan börjat arbetas på. Airglass AB är ett svenskt företag som satsar på att utnyttja aerogels genomskinliga utseende för isolering som behöver vara genomskinlig, såsom rör på vissa solkraft stationer, eller vanliga fönster. Ett annat företag som heter Aspen Aerogels utvecklar mer traditionell isolering för industrier. Denna isolering till skillnad från vanlig aerogel är inte genomskinlig, utan ser mycket mer ut som traditionell isolering. Företaget har flera produkter både för att hålla väldigt låga temperaturer och för väldigt höga temperaturer.
Framställning
Att Tillverka Silica Gel
Det finns flera olika tekniker för att skapa silica aerogel, alla med sina egna för och nackdelar. Den simplifierade förklaring på hur man oftast skapar silica aerogel är att man använder flera kemiska reaktioner för att skapa en lösning med molekyler som innehåller silikon och syreatomer. Dessa molekyler binder samman till större molekyler som har en diameter på flera nanometer. I detta läge kallar man molekylerna för silica-nanopartiklar. Dessa nanopartiklar binder sedan samman för att skapa ett helt nätverk. Nätverket är fyllt med en vätska som oftast är någon alkohol, ungefär som en svamp kan vara fylld med vatten. Detta är vad man kallar vanlig silica gel, och det har den kemiska formeln SiO2, samma som glas och sand.
Att Tillverka en Aerogel
För att omvandla en gel till en aerogel så måste man få bort den flytande komponenten, så att bara nätverket av nanopartiklar är kvar. Gelen måste dock också behålla sin volym. För att bli betraktad som en aerogel måste ämnet bestå av minst 50% luft. På grund av detta så kan man inte bara låta en gel torka av värme och förvänta sig att det ska bli en aerogel. Om man låter en gel torka så krymper den till ett hårt material som kallas xerogel. Växlingen mellan vätska och gas gör att nätvärket bryts ned. För att göra en gel till aerogel så måste man använda sig av en teknik som kallas superkritisk torkning(supercritical drying på engelska). Denna process går ut på att sätta vätskan i gelen i sitt superkritiska läge, ett läge där vätskan beter sig både som en flytande vätska och en gas. Man når detta läge genom att höja trycket och temperaturen i en kammare. I början så ser man till att trycket är så högt att vätskan hålls flytande. när man sedan når superkritisk läge så låter man trycket lätta så att vätskan är i gasform när den kyls ner igen. På detta sätt bryts inte nätverket ned eftersom att vätskan har förångats genom det superkritiska området. Denna cykel repeteras några gånger tills man har fått bort vätskan. Man kan sedan öppna kammaren och ta ut aerogelen.
Historia
Aerogel var uppfunnet av Samuel Kistler, troligen nån gång under 20 eller 30-talet. Det exakta årtalet då upptäckten av aerogel gjordes är okänt. Den första rapporten om materialet var dock publicerad i Nature år 1931 den 8:e april. Aerogel såldes som kommersiella produkter under 40-talet. Det var i pulverform och fungerade som tt sorts förtjockningsmedel och isolering. Produktionen stannade dock då det var dyrt att tillverka och andra varor konkurrerade ut varan. På 70-talet så kom man på snabbare och lättare sätt att tillverka aerogel. samtidigt så blev materialvetenskap en egen disciplin. Detta gjorde så att mer forskning kunde göras på ämnet. Under 80-talet så utväcklas produktionsprocessen. Man byter nu ofta ut alkoholen i gelen med flytande koldioxid. Detta gör att den superkritiska torkningen blir mycket säkrare. Man experimenterar med fler sorter aerogel och finner fler användningsområden. Under det kommande årtiondet, i takt med att internet växte, så lärde sig många om aerogel. NASA börjar använda det i sin rymdforskning och flera nya upptäckter görs. Bland annat en process som inte kräver superkritisk torkning.
Pris
Priser för vanlig silica aerogel ligger runt 10kr/cm3 Detta pris varierar dock beroende på vad för produkt man köper. Eftersom att aerogel inte används så ofta ännu så är det svårt att hitta ett definitivt volympris för industrier. Det går dock att köpa saker som isolering och plattor för bygge, dessa är dock inte gjorda av vanlig silica aerogel utan andra sorter. Detta pris gäller för små bitar mest anpassade för nyfikena hobbyister.
Länkar
https://mkt-intl.com/materials/aerogel/silica-aerogel/
http://www.spin-project.eu/downloads/19AirglassLeif_Gullberg.pdf