AEROGEL-ILI-SMRZNUTI-DIM---Superizolator-od-99%-vazduha

AEROGEL ILI “SMRZNUTI DIM” – Superizolator od 99% vazduha

U tehnološkom napretku nisu svi izumi novi! Dešava se, (doduše retko) da se posle mnogo godina otkriju sasvim druga svojstva i korisne osobine nekih izuma, odnosno da uđu u široku upotrebu stvari koje dugo postoje. Takav je slučaj sa aerogelom ili “smrznutim dimom”, sintetičkim materijalom koji je otkriven pre skoro 90 godina

 
Autor: Dušan Nelki
 

Aerogel je veštačka porozna čvrsta supstanca sa najnižom poznatom gustinom. Takozvani “smrznuti dim” otkrio je Amerikanac Samuel Kistler, davne 1931. godine. Aerogelovima nije se pridavala važnost do 1980. godine, kada je u nacionalnoj laboratoriji “Lorens Livermor” započela sinteza organskih aerogelova od fenolnih smola. Rick Pekala i Joe Satcher sintetisali su prvi organski aerogel, istog sastava kao fenol-formaldehid, poznatiji pod nazivom bakelit. Bakelit se koristio za hiljade različitih namena zbog svoje odlične toplotne stabilnosti, dobrih mehaničkih i izolacionih svojstava.

Zbog svoje izrazito male težine, transparentnosti i svojstva super-termoizolacije jako je teško videti i osetiti komadić aerogela na ruci. Na prvi dodir aerogel liči na stiropor – no ako vam ispadne iz ruke na tvrdu površinu, čuje se zvuk nalik na udarac ping-pong loptice o sto. Plavkaste je boje, proziran i potpuno nestvarnog izgleda. Izuzetno je efikasan ukoliko se upotrebljava kao ispuna zidnog panela ili providnog krovnog prozora u sprečavanju prenošenja toplote. Njegova priroda je takva da dozvoljava transmisiju (propuštanje) svetlosti.

Likurgov pehar (IV vek) napravljen je od stakla koje menja boju

Likurgov pehar (IV vek) napravljen je od stakla koje menja boju

Porozna struktura smanjuje brzinu zvuka, redukujući time buku za čak 5dB. “Smrznuti dim” je jedna od prvih poznatih veštačkih nano struktura na zemlji. Prvenstvo u nano tehnologiji i dalje drži staro rimsko staklo za pehare – koje je menjalo boju u zavisnosti od vrste svetla. Likurgov pehar (IV vek) napravljen je od stakla koje menja boju od crvene do zelene, u zavisnosti od toga da li svetlo prolazi kroz pehar, ili se reflektuje od njega. Za ovo svojstvo zaslužne su zlatne i srebrne nano čestice ugrađene u staklo pehara.

Zagonetna svojstva stakla, koje se ponaša kao čvrsta materija i kao tečnost, iskorišćena su da bi se nano čestice držale u nekoj vrsti rastvora. Kada se ohlade, većina čvrstih materijala poslažu svoje atome u strogo raspoređene ćelije. Iako je staklo tvrdo i čvrsto na dodir, atomi koji čine staklo složeni su u nasumične i neuređene mreže, pa su zbog toga sličniji atomima tečnih materija. Proces uspešne ugradnje nano čestica u staklo će otvoriti put namenama kao što su nisko-energetski izvori svetla, efikasnije solarne ćelije i napredni senzori koji mogu da prodru unutar mozga živog čoveka.

Aerogel se proizvodi uz pomoć procesa koji se naziva superkritično sušenje, na način da se iz materije koja je osnova za pravljenje gela vadi tečnost i na mesto nje ugrađuje gas. Za male količine aerogela proizvodnja je relativno skupa – kreće se oko 1,000 dolara po litru aerogela.

Aerogel-težine-2-grama-nosi-ciglu-od-2,5-kg

Aerogel težine 2 grama nosi ciglu od 2,5 kg

Gustina vazduha na nultoj nadmorskoj visini uz temperaturu od 20°C iznosi 1,2kg/m3 Naučnici su 2013. godine stvorili takozvani aerografen, vrstu aerogela od grafena čija je gustina neverovatnih 160 g/m3. U slučaju aerogela veoma je bitno razlikovati gustinu od specifične težine – jer se ovde radi isključivo o težini (masi) strukture aerogela, bez težine vazduha. U protivnom, aerogel bi odlebdeo kroz vazduh, što ipak nije slučaj. Dakle na gustinu aerogela treba dodati gustinu njegove ispune (u ovom slučaju vazduha) pa je to 1,2+0,16=1,36kg/m3 za aerografen.

Kad se danas spomene aerogel, većinom se misli na neorganski SiO2 aerogel. To je isto kao i kada se koristi izraz plastika, misleći se na polietilen – iako ima i drugih vrsta plastike (polipropilen, polistiren, itd). Tako postoje i druge vrste aerogela na bazi metalnih oksida, ugljenika, bakra i zlata. U novije vreme često se spominje aerografen, koji je vrlo zanimljiv za skladištenje električne energije.

Aerogel odlikuje kruta, rešetkasta struktura molekula, polu-transparentnost, vatrostalnost, higroskopnost, izuzetno dobra svojstva toplotne izolacije. Vazduh ne može strujati kroz strukturu materijala (konvekcija), slabo provodi toplotu (kondukcija), ako sadrži ugljenik koji apsorbuje IC zračenje ne prenosi toplotu/zračenje.

Zbog visoke transparentnosti aerogel će imati značajnu ulogu u proizvodnji prozora i vrata, zastakljenih zidova i svetlarnika. Potpuno je vodo-otporan i vrlo dobro propušta paru. Gustina mu je vrlo niska, fleksibilan je i otporan na gaženje, a jednostavno se može seći i lepiti. S obzirom na to da je to polimer, ne stari i nema plesni – pa je potpuno neškodljiv. Osim toga, treba istaći da je u odnosu na druge specijalne izolacione materijale ugradnja vrlo jednostavna. Materijal se lako seče i oblikuje, te lepi i malteriše – pa se može primeniti i kod vrlo složenih oblika, poput lučnih konstrukcija i svodova.

Postoje takođe i samolepljive trake aerogela pogodne za uklanjanje toplotnih mostova. Iako naizgled imaju krhku građu, mnogi aerogelovi imaju vrlo dobra mehanička svojstva. Sposobni su da izdrže pritisak mase i do 2,000 puta veće od njihove. Ipak, vrlo su lomljivi i nisu otporni na savijanje. Silicijumski aerogelovi su postojani do temperature topljenja silicijuma koja iznosi 1,200°C. Silika-aerogel je polu-elastičan materijal, što znači da ukoliko ga blago dodirnemo, vraća se u svoj prvobitni oblik. Ukoliko ga i dalje pritiskamo, dolazi do formiranja udubljenja na mestu dodira. A ukoliko se prekorači granica elastičnosti, nastupa krti lom – ponašanje slično ponašanju stakla pri lomu. Aerogel debljine 2,5cm ima isti izolacioni efekat kao 30 sendvič prozorskih stakala.

Zbog svoje super niske gustine, jedan gram aerografena može da apsorbuje 900 grama organskih ulja. Ima široku primenu pri ekološkim sanacijama mora i okeana, izazvanih izlivanjem nafte.  

Najmoderniji solarni kolektori biće izrađivani od grafenskih aerogelova koji su ekstremno crni i reflektuju tek 0,3% solarne radijacije, što ih stavlja na prvo mesto u stvaranju najmodernijih solarnih panela za svemirske letelice. Celulozni aerogel bi bio savršen za izradu termo-izolacionih odela, za vatrogasce, za radnike u livnici gvožđa, za ekspedicije u polarne predele ili za šetnje u svemiru. Zahvaljujući velikoj zapremini i niskoj gustoći, aerogelovi se mogu uspešno koristiti za skladištenje električne struje.

Ostavite odgovor