Aerogeel: erinevus redaktsioonide vahel

Esimesed aerogeelid valmistas 1931. aastal [[Samuel Stephens Kistler]].<ref name="History of silica aerogels">{{netiviide|URL= http://eetd.lbl.gov/ECS/Aerogels/sa-making.html|Pealkiri= History of silica aerogels|Väljaandja= Lawrence Berkeley National Laboratory|Kasutatud= 14.10.2014}}</ref>

Aerogeelid on mitme rekordi omanikud:<ref name="What is aerogel?">{{netiviide|URL= http://www.aerogel.org/?p=3|Pealkiri= What is aerogel?|Kasutatud= 14.10.2014}}</ref>

Knudseni efekti tõttu saab aerogeeli soojusjuhtivustegur olla väiksem temas sisalduva gaasi samast näitajast. Kui gaasimolekule piiravate pooride läbimõõt on molekulide vaba tee pikkuse suurusjärgus, siis väheneb [[soojusjuhtivus]]. Tänu sellele saab aerogeelidel olla väiksem soojusjuhtivustegur kui selles sisalduval õhul.<ref name="Literature Review of High Performance Thermal Insulation">{{netiviide|URL= http://publications.lib.chalmers.se/records/fulltext/local_159807.pdf|Pealkiri= Literature Review of High Performance Thermal Insulation|Väljaandja= Chalmers University of Technology}}</ref>

Räni-aerogeele kutsutakse oma väljanägemise tõttu tihti „külmunud suitsuks“ (''frozen smoke''), „tahkeks suitsuks“ (''solid smoke'') ja „õhk-klaasiks“ (''air glass''). Neile omane sinakas toon tuleneb valguse lühemate lainepikkuste [[Rayleigh' hajumine|Rayleigh' hajumisest]] aerogeeli [[nanoosake|nanoosakestelt]].<ref name="What is aerogel?">< /ref>

Räni-aerogeelid sisaldavad nii mikro-, meso- kui makropoore, kuid valdavas ülekaalus on mesopoorid. Pooride keskmine suurus on umbes 20 nanomeetrit.<ref name="What is aerogel?">< /ref><ref name="Properties of aerogels">{{netiviide|URL= http://www.aerogel.org/?p=103|Pealkiri= Properties of aerogels||Kasutatud= 14.10.2014}}</ref>

Lisanditeta räni-aerogeelid suudavad kanda suuri raskusi, kuid ei talu dünaamilist survet. Nõnda võib räni-aerogeeli tükk massiga 2 g hoida enda peal telliskivi massiga 2,5 kg, kuid puruneb juba näpuga õrnalt vajutades. Mehaanilist vastupidavust suurendatakse kiud- ja polümeersete lisanditega, mis suurendavad tihedust ja vähendavad isolatsioonivõimet, kuid muudavad samas aine oluliselt painduvamaks ja vastupidavamaks, laiendades märgatavalt aerogeelide rakenduslikke võimalusi.<ref name="What is aerogel?">< /ref>

Räni-aerogeelid on väga head [[dielektrik|dielektrikud]]. Nende erijuhtivus on suurusjärgus 10⁻¹⁸ S/cm.<ref name="What is aerogel?">< /ref><ref name="Properties of aerogels">{{netiviide|URL= http://www.aerogel.org/?p=103|Pealkiri= Properties of aerogels||Kasutatud= 14.10.2014}}</ref>

Süsinik-aerogeelid on musta värvi ja läbipaistmatud. Nende tihedus on veidi suurem kui räni-aerogeelidel (0,02–0,5 g/cm³). Pooride keskmine suurus on vahemikus 7–20 nanomeetrit. Infrapunases piirkonnas on süsinik-aerogeelidel väga tugevad [[absoluutselt_must_keha|musta keha]] omadused ning nad peegeldavad selles lainepikkuste diapasoonis väga vähe laineid tagasi. Soojusjuhtivustegur on seega vahemikus 120–320 W/m*K. Erinevalt räni-aerogeelidest juhivad süsinik-aerogeelid elektrit. Nende erijuhtivus on vahemikus 1–14,7 S/cm. Kombineerides seda omadust nende väga suure eripinnaga, on neid hea kasutada energia salvestamiseks.<ref name="What is aerogel?">< /ref><ref name="Properties of aerogels">{{netiviide|URL= http://www.aerogel.org/?p=103|Pealkiri= Properties of aerogels||Kasutatud= 14.10.2014}}</ref>

Samuti valmistatakse aerogeele [[kalkogeen|kalkogeenidest]] ja metallide ([[alumiinium]], [[nikkel]], [[tsink]], [[raud]] jt) oksiididest. Ka puhastest metallidest on leitud võimalus aerogeelide tegemiseks. Lisaks tavalistele süsinik-aerogeelidele tehakse ka süsiniknanotorupõhiseid aerogeele, mille omadused, eriti elektrijuhtivuse osas, on erinevad.<ref name="Flavors of aerogels">{{netiviide|URL= http://www.aerogel.org/?cat=23|Pealkiri= Flavors of aerogels||Kasutatud= 14.10.2014}}</ref>

* [[NASA]] kasutas Stardust missioonil aerogeeliplokke kosmilise tolmu püüdmiseks.<ref name="Catching comet dust">{{netiviide|URL= http://stardust.jpl.nasa.gov/tech/aerogel.html|Pealkiri= Catching comet dust|Väljaandja= NASA|Kasutatud= 14.10.2014}}</ref>

* NASA on kasutanud aerogeele ka [[skafander|skafandrite]] ja [[marss|Marsi]]-kulgurite soojustamiseks.<ref name="Preventing heat escape through insulation called aerogel">{{netiviide|URL= http://marsrovers.jpl.nasa.gov/mission/sc_rover_temp_aerogel.html|Pealkiri= Preventing heat escape through insulation called "aerogel"|Väljaandja= NASA CPL|Kasutatud= 14.10.2014}}</ref><ref name="Aerogels: Thinner, Lighter, Stronger">{{netiviide|URL= http://www.nasa.gov/topics/technology/features/aerogels.html#.VD0hjPmSw8p|Pealkiri= Aerogels: Thinner, Lighter, Stronger|Väljaandja= NASA|Kasutatud= 14.10.2014}}</ref>

* Nii ehituses kui ka (vee-aluste) gaasitorude soojustamiseks kasutatakse soojusisolatsioonimatte, mille puhul on aerogeelile lisatud kiudu, et muuta materjal mehaaniliselt tugevamaks ja vastupidavamaks.<ref name="Industrial insulation products and solutions">{{netiviide|URL= http://www.aerogel.com/products-and-solutions/overview/|Pealkiri= Industrial insulation products and solutions|Väljaandja= Aspen Aerogels, Inc|Kasutatud= 14.10.2014}}</ref>

* Süsinik-aerogeele kasutatakse väga suure eripinna tõttu [[superkondensaator|superkondensaatorites]] ning seda valdkonda uuritakse ka Eestis põhjalikult.<ref name="Skeleton Technologies">{{netiviide|URL= http://skeletontech.com/about/|Pealkiri= Skeleton Technologies|Väljaandja= Skeleton Technologies|Kasutatud= 14.10.2014}}</ref>

* Tänu oma hüdrofiilsetele omadustele saab aerogeele kasutada [[õlireostus|õlireostuste]] likvideerimiseks. Tegu oleks keskkonnale ohutute taaskasutatavate [[adsorbent|adsorbentidega]].<ref name="Hydrophobic Nanocellulose Aerogels as Floating, Sustainable, Reusable, and Recyclable Oil Absorbents">{{netiviide|URL= http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/am200475b|Pealkiri =Hydrophobic Nanocellulose Aerogels as Floating, Sustainable, Reusable, and Recyclable Oil Absorbents|Väljaandja= Aalto University School of Science}}</ref>

* [[kalkogeen|Kalkogeeni]]<nowiki/>põhiste aerogeelide abil saab puhastada vett sellistest [[Raskmetallid|raskmetallidest]] nagu elavhõbe ja plii.<ref name="Porous Semiconducting Gels and Aerogels from Chalcogenide Clusters">{{netiviide|URL= http://www.sciencemag.org/content/317/5837/490.full|Pealkiri= Porous Semiconducting Gels and Aerogels from Chalcogenide Clusters|Väljaandja= Science Magazine}}</ref>

* Dunlop Sport on osades oma tennise-, ''squashi-'' ja sulgpallireketites kasutanud aerogeele tänu nende väikesele tihedusele.<ref name="Dunlop Sport Technology">{{netiviide|URL= http://www.dunlop.com/gb/technology/tennis|Pealkiri= Dunlop Sport Technology|Väljaandja= Dunlop Sport|Kasutatud= 14.10.2014}}</ref>

* Väikese võimsusega elektri abil köetavaid süsiniknanotorudest aerogeelkilesid saab kasutada lennukite välispindadel, et vältida jää teket.<ref name="De-icing aeroplanes. Sooty skies">{{netiviide|URL= http://www.economist.com/blogs/babbage/2013/07/de-icing-aeroplanes|Pealkiri= De-icing aeroplanes. Sooty skies|Väljaandja= The Economist|Kasutatud= 14.10.2014}}</ref>

Aerogeele valmistatakse põhiliselt [[sool-geel-meetod|sool-geelmeetodil]], misjärel eemaldatakse vedelik nii, et geeli struktuur ei muutu.<ref name="How is aerogel made?">{{netiviide|URL= http://www.aerogel.org/?p=4 |Pealkiri= How is aerogel made?|Kasutatud= 14.10.2014}}</ref> Peamised aerogeelide saamise viisid on järgmised.

Esmalt tuleb luua sool ehk [[kolloidlahus]]. Siinkohal tuleb eristada sõna [[sool]] erinevaid tähendusi. Kokku segatakse räni[[alkoksiid]] (milleks on üldjuhul TEOS ehk [[tetraetoksüsilaan]] või TMOS ehk [[tetrametoksüsilaan]]), [[vesi]] ja [[alkoholid|alkohol]] ([[metanool]] või [[etanool]]). [[Hüdrolüüs]]i ja [[polükondensatsioon]]i tulemusel tekivad räni nanoosakesed ning moodustub geel. Kuna geelistumine on aeganõudev, kasutatakse protsessi kiirendamiseks [[katalüsaator]]eid. Eelistatakse [[Alus_(keemia)|aluselisi]] katalüsaatoreid, nagu ammooniumhüdroksiid, kuna need säilitavad rohkem läbipaistvust ja kahandavad geeli vähem.<ref name="Silica aerogel">{{netiviide|URL= http://www.aerogel.org/?p=16 |Pealkiri= Silica aerogel|Kasutatud= 18.10.2014}}</ref>

Kui geelil lasta vabalt normaaltingimustel kuivada, ei jää aerogeeli struktuur samaks ja tekib [[xerogeel]]. Vedeliku aurustumisel kukub geeli struktuur [[pindpinevus|pindpinevuse]] tõttu kokku ja aerogeelile iseloomulikke poore ei teki. Seega väheneb oluliselt ruumala ning suurenevad tihedus ja soojusjuhtivus.<ref name="How is aerogel made?">{{netiviide|URL= http://www.aerogel.org/?p=4 |Pealkiri= How is aerogel made?|Kasutatud= 14.10.2014}}</ref><ref name="Silica aerogel recipes">{{netiviide|URL= http://www.aerogel.org/?cat=51 |Pealkiri= Silica aerogel recipes|Kasutatud= 14.10.2014}}</ref>

Süsinik-aerogeeli puhul segatakse kokku resortsinool (1,3-dihüdroksübenseen), [[formaldehüüd]] (metanaal) ja vesi. Geelistumise kiirendamiseks lisatakse katalüsaatorina [[kaaliumkarbonaat|kaalium-]] või [[naatriumkarbonaat|naatriumkarbonaati]]. Saadud geel on oluliselt tihkem kui räni puhul. Järgneb superkriitiline kuivatamine.<ref name="How is aerogel made?">{{netiviide|URL= http://www.aerogel.org/?p=4 |Pealkiri= How is aerogel made?|Kasutatud= 14.10.2014}}</ref><ref name="Making carbon aerogels">{{netiviide|URL= http://www.aerogel.org/?p=71|Pealkiri= Making carbon aerogels|Kasutatud= 14.10.2014}}</ref>

Ei ole täheldatud, et aerogeelid oleksid kantserogeensed või mürgised. Siiski võivad väikesed osakesed mõnel määral põhjustada hingamisteede, naha ja silmade ärritust. Aerogeelide suuremahulisel töötlemisel tasub kasutada kaitsevahendeid.<ref name="Classic Silica Aerogel Safety Data Sheet">{{netiviide|URL= http://www.buyaerogel.com/wp-content/uploads/2009/05/classic_silica_aerogel_monolith-msds.pdf|Pealkiri= Classic Silica Aerogel Safety Data Sheet|Väljaandja= Aerogel Technologies|Kasutatud= 14.10.2014}}</ref>

{{viited}}|allikad=