導入
エアロゲルは、液体成分が気体に置き換わったゲル状の材料です。これは非常に低密度の固体であり、断熱能力など、いくつかの優れた特性を備えています。
これは、1931 年にスティーブン キスラーがチャールズ ラーンドとの賭けの際に作成したもので、「ジェルの瓶の中の液体を、縮むことなくガスに置き換えられるのは誰でしょうか?」という形式でした。 » キスラーの研究により、彼はシリカ、アルミナ、酸化クロム( III)、または酸化スズからなるエアロゲルを構成するようになりました。カーボン製のエアロゲルは 1990 年代初頭に発明されました。
特徴
エアロゲルは最大 99.8% の空気で構成され、密度は最大 3 mg/cm3 であり、既知の固体の中で最も軽いものです。ほぼ完全に透明で、触るとポリスチレンに似ています。軽く押すと跡が残りませんが、強く押すと永久的な空洞が残ります。強く押すと、その疎な構造は突然崩壊し、ガラスのように砕けます。
飛散しやすいにもかかわらず、重量の2000 倍以上を支えることができます。この能力は、平均サイズ 2 ～ 5 nm の球状粒子がグループで融合し、100 ナノメートル未満の細孔を持つ高度に多孔性の鎖の三次元構造 (フラクタル形状)を形成する樹枝状微細構造によるものです。細孔サイズと平均密度は製造時に調整できます。
エアロゲルは、3 つの熱伝播方法 (熱伝導、熱放射、または対流) をほぼ完全に阻止するため、優れた断熱材です。空気が構造のメッシュを通って流れることができないため、優れた対流抑制剤となります。シリカエアロゲルは、熱伝導率が低いシリカのおかげで優れた伝導性絶縁体です。一方、金属エアロゲルは熱伝導性に優れています。カーボンエアロゲルは、熱を伝える赤外線を吸収するため、優れた放射線絶縁体です。最も断熱性の高いエアロゲルは、シリカに炭素を加えたものです。エアロゲルの空気を部分的に空にする (0.01 気圧未満) ことで、エアロゲルの断熱能力をさらに向上させることができます。
SEAgel は、寒天から作られた有機エアロゲル状の材料で、餅を思わせる味と粘稠度を備えています。
吸湿性の性質により、エアロゲルを触ると乾いたように感じられ、乾燥します。ほとんどが空気なので半透明に見えます。その色は、ナノメートルサイズの樹枝状構造による可視光の最小波長のレイリー散乱によるものです。暗い表面の前に置くと青っぽく見え、明るい表面の前に置くと白っぽく見えるのはこのためです。
無重力状態で（放物線飛行を使用して）エアロゲルを作成する実験が行われました。すると完全に透明になります。
エアロゲルは基本的に親水性ですが、表面を化学処理すると疎水性になることがあります。