Kada se danas govori o osobinama velike izdržljivosti u pogledu snage, otpornosti i istrajnosti, nije nužno pričati o superherojima iz stripa ili filma. Ovo je priča o “novim” izdržljivim materijalima.
U periodu oporavka između dva svetska rata, tačnije 1931. godine, u časopisu “Nature” je objavljeno otkriće dr Semjuela Kistlera. Tada je ujedno i prvi put upotrebljen pojam aerogel. Postoji anegdota da je za nastanak ove vrste materijala kriva jedna opklada. Naime, Kistler i Lrnd, njegov kolega sa koledža, “kladili” su se da li će neko od njih dvojice uspeti da tečnost u tegli zameni gelom bez sažimanja. Opkladu je dobio Kistler, a upravo su aerogelovi bili rezultat njegovog rada.
Naravno, odmah je zapažena važnost ovakvog otkrića, što od strane akademske zajednice, što od strane kompanija. Kistler se bavio svojim gelovima, pokušao je da ih napravi od mnogih sirovina i u tome uspevao. Međutim, uprkos velikoj zainteresovanosti i upotrebi, napredak u oblasti aerogelova se nije desio u narednih 30 godina.
Tehnička definicija aerogela kaže da je to čvsta pena, srednjih pora, sastavljena od mreže međusobno povezanih nanostruktura, čija poroznost nije manja od 50%, dok u praksi njihova poroznost bude između 90 i 99%. U nauci, ova struktura spada u koloide, tj. gelove (kao što ime kaže). Koloid je, jednostavnije rečeno, vrsta heterogene smeše dve faze koja izgleda kao homogeni rastvor, kao na primer mleko.
Gelom se smatra međusobno povezana i neprekinuta mreža nanočestica koja se nalazi u nekoj tečnoj fazi. Oni sadrže preko 90% tečne faze, ali uprkos ovoj činjenici zadržavaju skopčanost čvrstih tela. Svakako, aero u imenu nije hidro, iz čega bi usledilo prisustvo vode, već poručuje da je posredi povezanost sa vazduhom.
Izgled aerogela
Ovo nije slučajno. Retko ko se nije susreo sa nekim gelom, pa makar to bilo sa onim za kosu i već ima predstavu o tome kao nečemu u tečnom stanju. Međutim, aerogelovi su suvi. U ovom slučaju, gel u imenu napominje da se u toku procesa nastajanja ova materija stvara iz takve jedne „želatinaste“ mase. Kroz već pomenute pore ne prolazi nikakva tečnost, već se uglavnom nalazi neki gas, vazduh ili ništa, odnosno vakuum.
Kako je prvi aerogel bio silikatni, upravo zbog toga je 50 godina reč aerogel bila sinonim za silikatni aerogel. Kasnije je ovaj gel pravljen od raznih različitih supstanci. Sam Kistler je izučavajući rezultat svoje opklade u procesu spravljanja upotrebljavao materijale kao što su oksidi aluminijuma, volframa, gvožđa, takođe celulozu, agar… Danas, ukoliko želimo da izvršimo podelu aerogelova, možemo ih podeliti na one koji se sastoje od:
- Silicijum-dioksida
- Većine prelaznih metala (kao što je gvožđe) i većine oksida lantanida i aktinida
- Organskih polimera (fenol-formaldehid)
- Bioloških polimera (agar)
- Ugljenika, ugljenih nanocevi
- Plemenitih metala, provodnih nanostruktura…
Izgled ovog materijala se može uporediti sa zamrznutim dimom. Za početak, ovakav opis govori da je ovo jedna čvrsta, skoro prozirna materija. Međutim, ovu tvrdnju ne treba uzimati za ozbiljno kada su upitanju svi aerogelovi ikada napravljeni. Gel napravljen od rezorcinol-formaldehida će uglavnom imati narandžastu boju dok će neki od ugljenika, kao što je ovaj električno-provodni prikazan na slici, biti “fine” metalik boje.
Aerogelovi levo: resorcinol-formaldehid i desno: ugljenik
Šta je zapravo najzanimljivije i najbitnije kod aerogelova?
Za početak, ovo je materijal čvrstog agregatnog stanja iz čijih redova su proizvedeni čvrsti materijali ekstremno male gustine, štaviše i najmanje dosad zabeležene, kod nekog čvrstog materijala (0,0011-0,5 g/cm3). Zapravo, aerogel najmanje zapremine čini 99,98% vazduha! Mogu biti i lakši od vazduha, što bi se postiglo isisavanjem vazduha iz pora. Uprkos svojoj maloj gustini i težini, aerogelovi mogu podneti masu do 2000 puta veću od svoje. Ipak, ta masa bi morala biti polako raspoređena po površini jednog aerogela, jer je potreban mali pritisak za raspadanje gela, zahvaljujući premaloj gustini. Svakako, postoje i ojačani aerogelovi, između ostalog i posebna serija takozvanih x-aerogelova koji nisu lako lomljivi, a izržavaju mase hiljadu puta veće od njihove. Nesreća ovih vrsta je to što ovo uglavnom ne ide u korist ostalim čarobnim osobinama.
Pored jačine i izdržljvosti, ovaj materijal odlikuje i veoma mala termalna provodljivost. U postupku spravljanja se može učiniti pogodnim ili nepogodnim za vodu (ili tečnosti). Ove osobine predstavljaju osobine idealnog izolatora, što je možda jedina šira “komercijalna” upotreba aerogela. Takođe, ovaj materijal poseduje najmanji indeks prelamanja, dielektričnu konstantu i najmanju brzinu zvuka, koji prolazi kroz neki čvrsti materijal.
Analizirajući sve ove osobine dolazimo do zaključka zašto je upravo ovaj materijal počastvovan pefiksom super. Namena ipak zavisi od gore pomenutih medija za pravljenje aerogelova. U zavisnosti od željenog rezultata, u procesu spravljanja će biti upotrebljena određena građa.
Lako je uvideti prednosti primene ovog materijala u odnosu na ostale ne samo kada je reč o toplotnoj izolaciji, već i o izolaciji prozora. Oni mogu biti prozirni, sa malim indeksom pelamanja i sa velikom efikasnošću u sprečavanju gubitka toplote. Isto tako, njegova primena je moguća i u oblasti elektronike. Zbog male brzine zvuka, ovaj materijal se koristi za zvučnu izolaciju u avionskoj industriji.
Komercijalizacija ovog materija počela je već 1942. godine kada je Kistler potpisao ugovor sa Monsanto Corp. i prodavan je pod tržišnim imenom Santocel. Skoro zaboravljeni, aerogelovi doživeli svoj procvat nako 1970. godine, kada je francuska ambasada pokazala interesovanje za njihovo proučavanje u potrazi za metodom čuvanja kiseonika i raketnih goriva. Do današnjeg dana otkrivene su sve nabrojane vrste aerogelova a i dalje se traže nova polja na kojima bi mogao da se primeni. Pre ulaska u upotrebu u domovima, ovaj materijal je igrao veliku ulogu u brojnim naučnim otkrićima i industrijskim napretcima.
Ako niste do sada, zapratite našu Lifehacker.rs FB stranicu.
