แอโรเจล นํามาพัฒนาผลิตภัณฑ์ในโลก

Airgelเป็นวัสดุสังเคราะห์ที่มีรูพรุนน้ำหนักเบาเป็นพิเศษซึ่งได้มาจากเจลซึ่งส่วนประกอบของเหลวสำหรับเจลถูกแทนที่ด้วยแก๊สโดยที่โครงสร้างเจลไม่ยุบตัวลงอย่างมีนัยสำคัญ [4]ผลที่ได้คือของแข็งที่มีต่ำมากความหนาแน่น[5]และต่ำมากการนำความร้อน ชื่อเล่นรวมถึงควันแช่แข็ง , ควันที่เป็นของแข็ง , อากาศที่มั่นคง , ระบบคลาวด์ที่เป็นของแข็งและควันสีฟ้าเนื่องจากมันโปร่งแสงธรรมชาติและทางแสง กระจัดกระจายในวัสดุ ซิลิกาแอโรเจลให้ความรู้สึกเหมือนพอลิสไตรีนขยายตัวที่เปราะบางเมื่อสัมผัส ในขณะที่แอโรเจลที่ทำจากโพลีเมอร์บางชนิดให้ความรู้สึกเหมือนโฟมแข็ง แอโรเจลทำมาจากสารประกอบเคมีหลายชนิด [7]

สารบัญ Show

ซิลิกาแอร์เจล
คาร์บอน
อื่นๆ

Airgel ถูกสร้างขึ้นครั้งแรกโดยSamuel Stephens Kistlerในปี 1931 [8]อันเป็นผลมาจากการเดิมพัน[9]กับ Charles Learned ว่าใครสามารถแทนที่ของเหลวใน "เยลลี่" ด้วยแก๊สได้โดยไม่ทำให้เกิดการหดตัว [10] [11]

Aerogels มีการผลิตโดยการแยกส่วนประกอบของของเหลวเจลผ่านการอบแห้ง supercriticalหรือแช่แข็งแห้ง นี้จะช่วยให้สภาพคล่องที่ต้องแห้งช้าออกโดยไม่ก่อให้เกิดความมั่นคงในเมทริกซ์เจลการล่มสลายจากการกระทำของเส้นเลือดฝอยตามที่จะเกิดขึ้นกับการชุมนุมระเหย Aerogels แรกที่ถูกผลิตจากซิลิกาเจล Kistler ของงานที่เกี่ยวข้องกับภายหลัง Aerogels อยู่บนพื้นฐานของอลูมิเนียม , Chromiaและดีบุกออกไซด์ คาร์บอนแอโรเจลได้รับการพัฒนาขึ้นครั้งแรกในปลายทศวรรษ 1980 (12)

เป็นดอกไม้ที่อยู่ในชิ้นส่วนของ airgel ซึ่งเป็นที่แขวนอยู่เหนือเปลวไฟจากที่ แผดเผาเผา Airgel มีคุณสมบัติเป็นฉนวนที่ดีเยี่ยม และดอกไม้ก็ได้รับการปกป้องจากเปลวไฟ

แม้จะมีชื่อ แต่แอโรเจลก็เป็นวัสดุที่เป็นของแข็ง แข็ง และแห้งซึ่งไม่เหมือนกับเจลในคุณสมบัติทางกายภาพของแอโรเจล ชื่อนี้มาจากข้อเท็จจริงที่ว่าพวกเขาทำมาจากเจล การกดเบา ๆ บน airgel มักจะไม่ทิ้งแม้แต่รอยเล็กน้อย การกดให้แน่นจะทำให้เกิดภาวะซึมเศร้าถาวร การกดอย่างแน่นหนามากจะทำให้เกิดความเสียหายอย่างร้ายแรงในโครงสร้างที่เบาบาง ทำให้มันแตกเป็นเสี่ยงเหมือนกระจก (คุณสมบัติที่เรียกว่าความเปราะบาง ) แม้ว่ารูปแบบที่ทันสมัยกว่าจะไม่ได้รับผลกระทบจากสิ่งนี้ แม้จะมีแนวโน้มที่จะแตกเป็นเสี่ยง แต่ก็มีโครงสร้างที่แข็งแรงมาก ความสามารถในการรับน้ำหนักที่น่าประทับใจนั้นเกิดจากโครงสร้างจุลภาคของเดนไดรต์ ซึ่งอนุภาคทรงกลมที่มีขนาดเฉลี่ย 2-5 นาโนเมตรจะถูกหลอมรวมกันเป็นกลุ่ม กระจุกเหล่านี้สร้างโครงสร้างที่มีรูพรุนสูงแบบสามมิติของสายโซ่เศษส่วนเกือบโดยมีรูพรุนน้อยกว่า 100 นาโนเมตร สามารถควบคุมขนาดและความหนาแน่นเฉลี่ยของรูพรุนได้ในระหว่างกระบวนการผลิต

Airgel เป็นวัสดุที่มีอากาศ 99.8% แอโรเจลมีโครงแข็งที่มีรูพรุนซึ่งมีช่องอากาศ โดยช่องอากาศใช้พื้นที่ส่วนใหญ่ภายในวัสดุ [13]การขาดแคลนวัสดุที่เป็นของแข็งทำให้แอโรเจลแทบจะไร้น้ำหนัก

แอโรเจลเป็นฉนวนความร้อนที่ดีเนื่องจากเกือบจะทำให้วิธีการถ่ายเทความร้อนสองในสามเป็นโมฆะ– การนำ (ส่วนใหญ่ประกอบด้วยก๊าซฉนวน) และการพาความร้อน (โครงสร้างจุลภาคป้องกันการเคลื่อนที่ของก๊าซสุทธิ) เป็นฉนวนที่นำไฟฟ้าได้ดีเพราะประกอบด้วยก๊าซเกือบทั้งหมด ซึ่งเป็นตัวนำความร้อนที่ต่ำมาก (ซิลิกาแอโรเจลเป็นฉนวนที่ดีเป็นพิเศษเพราะซิลิกายังเป็นตัวนำความร้อนที่ไม่ดี ในทางกลับกัน แอโรเจลที่เป็นโลหะหรือคาร์บอนจะมีประสิทธิภาพน้อยกว่า) พวกมันเป็นตัวยับยั้งการพาความร้อนที่ดีเพราะอากาศไม่สามารถหมุนเวียนผ่านตาข่ายได้ Aerogels เป็นฉนวนการแผ่รังสีที่ไม่ดีเนื่องจากรังสีอินฟราเรด (ซึ่งถ่ายเทความร้อน) ผ่านเข้าไป

เนื่องจากมันดูดความชื้นธรรมชาติรู้สึก airgel แห้งและทำหน้าที่เป็นที่แข็งแกร่งสารดูดความชื้น ผู้ที่จัดการ airgel เป็นเวลานานควรสวมถุงมือเพื่อป้องกันการปรากฏตัวของจุดแห้งเปราะบนผิวหนัง

สีเล็กน้อยที่เกิดขึ้นนั้นเกิดจากการกระเจิงของแสงที่มองเห็นโดยRayleighของความยาวคลื่นที่สั้นกว่าของแสงที่มองเห็นได้ด้วยโครงสร้างเดนไดรต์ขนาดนาโน ซึ่งทำให้ปรากฏเป็นสีน้ำเงินควันเมื่อตัดกับพื้นหลังสีเข้ม และเป็นสีเหลืองเมื่อตัดกับพื้นหลังที่สว่าง

แอโรเจลเองจะชอบน้ำและหากดูดซับความชื้น พวกมันมักจะประสบกับการเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง เช่น การหดตัวและการเสื่อมสภาพ แต่สามารถป้องกันความเสื่อมโทรมได้ด้วยการทำให้พวกมันไม่ชอบน้ำผ่านการบำบัดทางเคมี แอโรเจลที่มีส่วนภายในที่ไม่ชอบน้ำนั้นไวต่อการเสื่อมสภาพน้อยกว่าแอโรเจลที่มีเพียงชั้นที่ไม่ชอบน้ำด้านนอกเท่านั้น แม้ว่าจะมีรอยแตกแทรกซึมบนพื้นผิวก็ตาม

แอโรเจลอาจมีค่าการนำความร้อนน้อยกว่าของก๊าซที่มีอยู่ [14] [15]นี้เกิดจากการที่ผล Knudsenลดลงของการนำความร้อนก๊าซเมื่อขนาดของโพรงครอบคลุมก๊าซจะกลายเป็นเทียบเท่ากับอิสระหมายความว่าเส้นทาง โพรงจะจำกัดการเคลื่อนที่ของอนุภาคก๊าซอย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้ค่าการนำความร้อนลดลง นอกเหนือจากการขจัดการพาความร้อน ตัวอย่างเช่น ค่าการนำความร้อนของอากาศอยู่ที่ประมาณ 25 mW/m·K ที่ STP และในภาชนะขนาดใหญ่ แต่จะลดลงเหลือประมาณ 5 mW/m·K ในรูพรุนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 30 นาโนเมตร [16]

โครงสร้าง Airgel เป็นผลมาจากการเกิดพอลิเมอไรเซชันของโซลเจล ซึ่งก็คือเมื่อโมโนเมอร์ (โมเลกุลอย่างง่าย) ทำปฏิกิริยากับโมโนเมอร์อื่น ๆ เพื่อสร้างโซลหรือสารที่ประกอบด้วยโมเลกุลขนาดใหญ่ที่ถูกผูกมัดและเชื่อมขวางโดยมีตะกอนของสารละลายของเหลวอยู่รวมกัน เมื่อวัสดุถูกทำให้ร้อนในขั้นวิกฤต ของเหลวจะระเหยและกรอบโมเลกุลขนาดใหญ่ที่เชื่อมขวางที่ถูกผูกมัดจะถูกทิ้งไว้เบื้องหลัง ผลของการเกิดพอลิเมอไรเซชันและการให้ความร้อนที่สำคัญคือการสร้างวัสดุที่มีโครงสร้างแข็งแรงเป็นรูพรุนซึ่งจัดอยู่ในประเภทแอโรเจล [17]ความผันแปรในการสังเคราะห์สามารถเปลี่ยนแปลงพื้นที่ผิวและขนาดรูพรุนของแอโรเจล ยิ่งขนาดรูพรุนเล็กเท่าไหร่ แอโรเจลก็ยิ่งแตกง่ายมากขึ้นเท่านั้น [18]

Airgel ประกอบด้วยอนุภาคที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 2-5 นาโนเมตร หลังจากกระบวนการสร้างแอโรเจล จะมีกลุ่มไฮดรอกซิลอยู่บนพื้นผิวเป็นจำนวนมาก หมู่ไฮดรอกซิลสามารถทำให้เกิดปฏิกิริยารุนแรงเมื่อวางแอโรเจลลงในน้ำ ทำให้มันละลายอย่างหายนะในน้ำ วิธีหนึ่งในการกันน้ำของairgel ที่ชอบน้ำคือการแช่ airgel ด้วยสารเคมีบางชนิดที่จะแทนที่กลุ่มไฮดรอกซิลพื้นผิว (–OH) ด้วยกลุ่มที่ไม่มีขั้ว (–O R ) ซึ่งเป็นกระบวนการที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดเมื่อRเป็นกลุ่มอะลิฟาติก . (19)

มีหลายวิธีในการพิจารณาความพรุนของแอโรเจล: วิธีการหลักสามวิธี ได้แก่การดูดซับก๊าซการวัดรูพรุนของปรอท และวิธีการกระเจิง ในการดูดซับก๊าซ ไนโตรเจนที่จุดเดือดจะถูกดูดซับเข้าไปในตัวอย่างแอโรเจล ก๊าซที่ถูกดูดซับขึ้นอยู่กับขนาดของรูขุมขนที่อยู่ในตัวอย่างและบนความดันบางส่วนของญาติก๊าซที่มันดันอิ่มตัว ปริมาตรของก๊าซที่ดูดซับนั้นวัดโดยใช้สูตร Brunauer, Emmit และ Teller ( BET ) ซึ่งให้พื้นที่ผิวจำเพาะของตัวอย่าง ที่ความดันบางส่วนสูงในการดูดซับ/คายดูดซับ สมการเคลวินจะให้การกระจายขนาดรูพรุนของตัวอย่าง ในการวัดรูพรุนของปรอท ปรอทจะถูกบังคับให้เข้าสู่ระบบรูพรุนของแอร์เจลเพื่อกำหนดขนาดของรูพรุน แต่วิธีนี้ไม่มีประสิทธิภาพสูง เนื่องจากเฟรมแข็งของแอโรเจลจะยุบตัวจากแรงอัดสูง วิธีการกระเจิงเกี่ยวข้องกับการโก่งตัวตามมุมของรังสีภายในตัวอย่างแอโรเจล ตัวอย่างอาจเป็นอนุภาคของแข็งหรือรูพรุน รังสีจะเข้าสู่วัสดุและกำหนดเรขาคณิตเศษส่วนของเครือข่ายรูพรุนของแอโรเจล ความยาวคลื่นรังสีที่ดีที่สุดที่จะใช้คือรังสีเอกซ์และนิวตรอน Airgel ยังเป็นเครือข่ายแบบมีรูพรุนแบบเปิด: ความแตกต่างระหว่างโครงข่ายแบบรูพรุนแบบเปิดและแบบมีรูพรุนแบบปิดคือในเครือข่ายแบบเปิด ก๊าซสามารถเข้าและออกจากสารได้โดยไม่มีข้อจำกัด ในขณะที่โครงข่ายแบบมีรูพรุนแบบปิดจะดักจับก๊าซภายในวัสดุที่บังคับ ให้อยู่ภายในรูขุมขน [20]ความพรุนและพื้นที่ผิวสูงของซิลิกาแอโรเจลช่วยให้สามารถใช้ในการกรองสิ่งแวดล้อมได้หลากหลาย

อิฐ 2.5 กก. ได้รับการสนับสนุนโดยชิ้นส่วนของ airgel ที่มีมวล 2 กรัม

ซิลิกาแอร์เจล

ซิลิกาแอโรเจลเป็นแอโรเจลชนิดทั่วไป และเป็นชนิดหลักในการใช้งานหรือการศึกษา [21] [22]มันเป็นซิลิกาชั่นและจะได้รับจากซิลิกาเจลหรือโดยการปรับเปลี่ยนกระบวนการ Stober nanofoam ต่ำสุดหนาแน่นซิลิกาน้ำหนัก 1,000 กรัม / ม. 3 , [23]ซึ่งเป็นรุ่นที่อพยพของบันทึก airgel 1,900 g / m 3 [24]ความหนาแน่นของอากาศคือ 1,200 g/m 3 (ที่ 20 °C และ 1 atm) [25]ณ ปี 2556, แอโรกราฟีนมีความหนาแน่นต่ำกว่าที่ 160 g/m 3หรือ 13% ของความหนาแน่นของอากาศที่อุณหภูมิห้อง (26)

ซิลิกาแข็งตัวเป็นกระจุกสามมิติที่พันกันซึ่งมีสัดส่วนเพียง 3% ของปริมาตร การนำผ่านของแข็งจึงต่ำมาก ส่วนที่เหลืออีก 97% ของปริมาตรประกอบด้วยอากาศในรูพรุนขนาดเล็กมาก อากาศมีพื้นที่ให้เคลื่อนไหวเพียงเล็กน้อย ขัดขวางทั้งการพาความร้อนและการนำเฟสของแก๊ส [27]

ซิลิกาแอโรเจลยังมีการส่งผ่านแสงสูง ~99% และดัชนีการหักเหของแสงต่ำที่ ~1.05 (28)

แอโรเจลนี้มีคุณสมบัติเป็นฉนวนความร้อนที่โดดเด่น โดยมีค่าการนำความร้อนต่ำมาก: ตั้งแต่ 0.03 W /(m· K ) [29]ในความดันบรรยากาศลงไปที่ 0.004 W/(m·K) [23]ในสุญญากาศพอประมาณ ซึ่งสอดคล้องกับค่า R เท่ากับ 14 ถึง 105 (ตามธรรมเนียมของสหรัฐอเมริกา) หรือ 3.0 ถึง 22.2 (เมตริก) สำหรับความหนา 3.5 นิ้ว (89 มม.) สำหรับการเปรียบเทียบ ฉนวนผนังทั่วไปคือ 13 (ตามธรรมเนียมของสหรัฐอเมริกา) หรือ 2.7 (เมตริก) สำหรับความหนาเท่ากัน จุดหลอมเหลวของมันคือ 1,473 K (1,200 °C; 2,192 °F) นอกจากนี้ยังควรสังเกตด้วยว่ามีการรายงานค่าการนำไฟฟ้าที่ต่ำกว่าสำหรับตัวอย่างเสาหินที่ผลิตขึ้นในเชิงทดลองในวรรณคดี โดยมีค่าถึง 0.009 W/(m·K) ที่ 1atm [30]

จนถึงปี 2011 ซิลิกาแอโรเจลจัดรายการ 15 รายการในGuinness World Recordsสำหรับคุณสมบัติของวัสดุ รวมถึงฉนวนที่ดีที่สุดและของแข็งที่มีความหนาแน่นต่ำที่สุด แม้ว่ามันจะถูกขับออกจากชื่อหลังโดยaerographiteวัสดุที่เบากว่าในปี 2012 [31]และแอโรกราฟีนในปี 2013 [32] [33]

คาร์บอน

คาร์บอนแอโรเจลประกอบด้วยอนุภาคที่มีขนาดอยู่ในช่วงนาโนเมตรซึ่งถูกพันธะโควาเลนต์เข้าด้วยกัน มีความพรุนสูงมาก(มากกว่า 50% โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางรูพรุนต่ำกว่า 100 นาโนเมตร) และพื้นที่ผิวอยู่ระหว่าง 400 ถึง 1,000 ม. 2 / กรัม มักผลิตเป็นกระดาษคอมโพสิต: กระดาษไม่ทอที่ทำจากเส้นใยคาร์บอนชุบด้วยรีซอร์ซินอล – ฟอร์มาลดีไฮด์แอโรเจล และไพโรไลซ์ ขึ้นอยู่กับความหนาแน่น แอโรเจลคาร์บอนอาจนำไฟฟ้า ทำให้กระดาษแอโรเจลคอมโพสิตมีประโยชน์สำหรับอิเล็กโทรดในตัวเก็บประจุหรืออิเล็กโทรดกำจัดไอออน เนื่องจากพื้นที่ผิวสูงมากของพวกเขา Aerogels คาร์บอนใช้ในการสร้างซุปเปอร์มีค่าตั้งแต่ถึงหลายพันfaradsขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของความจุ 104 F / g และ 77 F / ซม. 3 แอโรเจลคาร์บอนยังมี "สีดำ" อย่างมากในสเปกตรัมอินฟราเรด ซึ่งสะท้อนเพียง 0.3% ของรังสีระหว่าง 250 นาโนเมตร ถึง 14.3 ไมโครเมตร ทำให้มีประสิทธิภาพสำหรับตัวสะสมพลังงานแสงอาทิตย์

คำว่า "แอโรเจล" เพื่ออธิบายมวลอากาศถ่ายเทของท่อนาโนคาร์บอนที่ผลิตขึ้นโดยใช้เทคนิคการสะสมไอเคมีบางอย่างไม่ถูกต้อง วัสดุดังกล่าวสามารถปั่นเป็นเส้นใยที่มีความแข็งแรงมากกว่าเคฟลาร์และมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่เป็นเอกลักษณ์ อย่างไรก็ตาม วัสดุเหล่านี้ไม่ใช่แอโรเจล เนื่องจากไม่มีโครงสร้างภายในแบบเสาหิน และไม่มีโครงสร้างรูพรุนแบบปกติของแอโรเจล

แอโรเจลของโลหะออกไซด์ถูกใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในปฏิกิริยา/การแปรสภาพทางเคมีต่างๆ หรือเป็นสารตั้งต้นสำหรับวัสดุอื่นๆ

แอโรเจลที่ทำด้วยอะลูมิเนียมออกไซด์เรียกว่าแอโรเจลอลูมินา แอโรเจลเหล่านี้ใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อ "เจือ" ด้วยโลหะอื่นที่ไม่ใช่อะลูมิเนียม นิกเกิล –อลูมินาแอร์เจลเป็นส่วนผสมที่พบได้บ่อยที่สุด องค์การนาซ่ากำลังพิจารณาอนุภาคอลูมินาแอโรเจลเพื่อจับอนุภาคความเร็วสูง สูตรที่เจือด้วยแกโดลิเนียมและเทอร์เบียมสามารถเรืองแสงที่จุดกระทบของอนุภาคได้ โดยปริมาณการเรืองแสงจะขึ้นอยู่กับพลังงานกระแทก

ความแตกต่างที่โดดเด่นที่สุดอย่างหนึ่งระหว่างซิลิกาแอโรเจลและแอโรเจลของโลหะออกไซด์คือ แอโรเจลของโลหะออกไซด์มักมีสีต่างกัน

แอร์เจลสีซิลิกา , อลูมินา , ไททาเนีย , เซอร์โคเนียใสด้วย Rayleigh กระเจิงสีน้ำเงินหรือสีขาวเหล็กออกไซด์สนิมแดงหรือเหลือง ทึบแสงChromiaสีเขียวเข้มหรือสีน้ำเงินเข้ม ทึบแสงวานาเดียสีเขียวมะกอกทึบแสงนีโอไดเมียมออกไซด์สีม่วงใสสะมาเรียสีเหลืองใสHolmia , erbiaชมพูใส

[34]

อื่นๆ

โพลีเมอร์อินทรีย์สามารถใช้สร้างแอโรเจลได้ SEAgelทำจากวุ้น ภาพยนตร์ AeroZero ทำจากธ เธเธฃ สามารถใช้เซลลูโลสจากพืชเพื่อสร้างแอโรเจลที่ยืดหยุ่นได้ [35]

GraPhage13 เป็นครั้งแรกที่ airgel graphene ตามประกอบโดยใช้กราฟีนออกไซด์และbacteriophage M13 (36)

Chalcogelเป็นแอโรเจลที่ประกอบด้วยchalcogens (คอลัมน์ของธาตุในตารางธาตุที่ขึ้นต้นด้วยออกซิเจน) เช่น กำมะถัน ซีลีเนียม และธาตุอื่นๆ [37]โลหะที่มีราคาแพงกว่าแพลตตินั่มถูกนำมาใช้ในการสร้าง

Aerogels ที่ทำจากจุดควอนตัมแคดเมียมซีลีไนด์ ในเครือข่าย 3-D ที่มีรูพรุนได้รับการพัฒนาเพื่อใช้ในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ [38]

ประสิทธิภาพของ Airgel อาจเพิ่มขึ้นสำหรับการใช้งานเฉพาะโดยการเพิ่มสารเจือปนโครงสร้างเสริมแรง และสารประกอบไฮบริไดซ์ Aspen Aerogels ผลิตผลิตภัณฑ์เช่น Spaceloft [39]ซึ่งเป็นส่วนผสมของแอโรเจลที่มีการตีเส้นใยบางชนิด [40]

เครื่องดักฝุ่น " Stardust " พร้อมบล็อคแอร์เจล (นาซ่า)
ฝุ่นจักรวาลติดอยู่ในบล็อกแอร์เจลจาก "Stardust" (นาซ่า)
รอยฝุ่นจักรวาลจากดาวหางที่ติดอยู่ในบล็อกแอโรเจลจาก "ละอองดาว" (นาซ่า)
การดูดซับน้ำมันโดยแอโรเจล [41] ( รายงานทางวิทยาศาสตร์ )
แอโรเจลจับผมไว้ [41] ( รายงานทางวิทยาศาสตร์ )
แอโรเจลถือดินสอสี โดยมีเปลวไฟติดอยู่ข้างใต้ แสดงให้เห็นฉนวนกันความร้อนที่ดีเยี่ยมจากความร้อน (นาซ่า)

Aerogels ใช้สำหรับการใช้งานที่หลากหลาย:

ฉนวน ; ตัวอย่างเช่น มีการเพิ่ม airgel ในรูปแบบที่ละเอียดให้กับสกายไลท์เพื่อการนี้ โครงการSolar Decathlon House ประจำปี 2550 ของ Georgia Institute of Technologyใช้แอร์เจลเป็นฉนวนในหลังคากึ่งโปร่งแสง [42]
ตัวดูดซับสารเคมีสำหรับทำความสะอาดสารที่หก [43]อาจใช้ซิลิกาแอโรเจลสำหรับการกรอง พวกเขามีพื้นที่ผิวสูงโปร่งและultrahydrophobic อาจใช้สำหรับการกำจัดโลหะหนัก สามารถใช้กับการบำบัดน้ำเสียได้ [44]
ตัวเร่งปฏิกิริยาหรือผู้ให้บริการตัวเร่งปฏิกิริยา [45] [46] [8]
ซิลิกาแอโรเจลสามารถใช้ในอุปกรณ์สร้างภาพ ออปติก และไกด์นำแสง [47]
สารเพิ่มความข้นในสีและเครื่องสำอางบางชนิด [48] [45] [49]
เป็นส่วนประกอบในตัวดูดซับพลังงาน [50]
เป้าหมายเลเซอร์สำหรับโรงงานจุดระเบิดแห่งชาติสหรัฐอเมริกา(NIF) [51]
วัสดุที่ใช้ในการจับคู่อิมพีแดนซ์สำหรับทรานสดิวเซอร์ ลำโพง และตัวค้นหาช่วง [52]
ตามรายงานของHindawi 's Journal of Nanomaterialsแอโรเจลใช้สำหรับวัสดุที่มีความยืดหยุ่นมากขึ้น เช่น เสื้อผ้าและผ้าห่ม: "การผลิต 'ผ้าห่ม' ของแอร์เจลในเชิงพาณิชย์เริ่มต้นขึ้นในปี พ.ศ. 2543 โดยผสมผสานซิลิกาแอโรเจลและการเสริมแรงด้วยเส้นใยที่เปลี่ยนแอโรเจลที่เปราะบางให้ทนทาน , วัสดุที่ยืดหยุ่นได้ คุณสมบัติทางกลและทางความร้อนของผลิตภัณฑ์อาจแตกต่างกันไปตามทางเลือกของเส้นใยเสริมแรง, แอโรเจลเมทริกซ์และสารเติมแต่งการทำให้ทึบที่รวมอยู่ในคอมโพสิต" [45]
ซิลิกาแอโรเจลถูกใช้เพื่อดักจับฝุ่นจักรวาลหรือที่เรียกว่าฝุ่นในอวกาศ [53] [54] NASAใช้ airgel เพื่อดักจับอนุภาคฝุ่นอวกาศบนยานอวกาศStardust [55] เครื่องดักฝุ่น airgel เหล่านี้มีมวลต่ำมาก [56]อนุภาคจะระเหยกลายเป็นไอเมื่อกระทบกับของแข็งและผ่านก๊าซ แต่สามารถติดอยู่ในแอโรเจล นาซ่ายังใช้แอร์เจลเป็นฉนวนกันความร้อนสำหรับยานสำรวจดาวอังคารด้วย [57] [58] [45]
กองทัพเรือสหรัฐใช้การประเมินของ Aerogels ในชั้นการป้องกันความร้อนเรื่อย ๆ สำหรับนักดำน้ำ [59] [45]ในทำนองเดียวกัน Aerogels ได้ถูกนำมาใช้โดยองค์การนาซ่าสำหรับฉนวนชุดอวกาศ [60] [45]
ในฟิสิกส์ของอนุภาคหม้อน้ำในCherenkov ผลตรวจจับเช่นระบบ ACC ของเครื่องตรวจจับเบลล์ที่ใช้ในการทดลองเบลล์ที่KEKB [61]ความเหมาะสมของแอโรเจลถูกกำหนดโดยดัชนีการหักเหของแสงต่ำเติมช่องว่างระหว่างก๊าซและของเหลว และความโปร่งใสและสถานะของแข็งของแอโรเจล ทำให้ใช้งานได้ง่ายกว่าของเหลวแช่แข็งหรือก๊าซอัด [62]
resorcinol - ฟอร์มาลดีไฮด์ Aerogels (โพลีเมอทางเคมีคล้ายกับเรซินฟีนอลดีไฮด์ ) จะถูกนำมาใช้เป็นสารตั้งต้นสำหรับการผลิตของ Aerogels คาร์บอนหรือเมื่อฉนวนอินทรีย์ที่มีพื้นผิวที่มีขนาดใหญ่เป็นที่ต้องการ [63]
โลหะ–แอโรเจลนาโนคอมโพสิทที่เตรียมโดยการชุบไฮโดรเจลด้วยสารละลายที่มีไอออนของโลหะทรานซิชันและฉายรังสีผลลัพธ์ด้วยรังสีแกมมาตกตะกอนอนุภาคนาโนของโลหะ วัสดุผสมดังกล่าวสามารถใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา เซ็นเซอร์ป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้าและในการกำจัดของเสีย การใช้งานที่คาดหวังของตัวเร่งปฏิกิริยาแพลทินัมบนคาร์บอนที่อยู่ในเซลล์เชื้อเพลิง [ ต้องการการอ้างอิง ]
ในฐานะที่เป็นระบบการจัดส่งยาเสพติดเนื่องจากมันกันได้ทางชีวภาพ เนื่องจากพื้นที่ผิวสูงและโครงสร้างเป็นรูพรุน ยาจึงสามารถดูดซับจากCO .วิกฤตยิ่งยวด
2. อัตราการปลดปล่อยยาสามารถปรับได้ตามคุณสมบัติของแอโรเจล [64]
Aerogels คาร์บอนถูกนำมาใช้ในการก่อสร้างขนาดเล็กไฟฟ้าชั้นสองซุปเปอร์ เนื่องจากแอโรเจลมีพื้นที่ผิวสูง ตัวเก็บประจุเหล่านี้จึงสามารถมีขนาด 1/2000 ถึง 1/5000 ของตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลต์ที่มีคะแนนใกล้เคียงกัน [65]ตามรายงานของ Hindawi's Journal of Nanomaterials "ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ของ Aerogel สามารถมีอิมพีแดนซ์ต่ำมากเมื่อเทียบกับซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ทั่วไป และสามารถดูดซับหรือผลิตกระแสไฟฟ้าสูงสุดได้สูงมาก ในปัจจุบัน ตัวเก็บประจุดังกล่าวมีความไวต่อขั้วไฟฟ้าและจำเป็นต้องต่อสายเป็นอนุกรมหาก ต้องใช้แรงดันไฟในการทำงานที่มากกว่า 2.75 V " [45]
Dunlop Sportใช้ airgel ในไม้เทนนิสบางรุ่นสำหรับเล่นกีฬา เช่น เทนนิส [66]
ในการทำน้ำให้บริสุทธิ์chalcogelsได้แสดงให้เห็นสัญญาในการดูดซับสารมลพิษโลหะหนัก ปรอท ตะกั่ว และแคดเมียมจากน้ำ [67]อาจใช้แอโรเจลเพื่อแยกน้ำมันออกจากน้ำ ซึ่งอาจใช้เพื่อตอบสนองต่อน้ำมันที่หกรั่วไหลเป็นต้น [68] [44] [41] แอโรเจลอาจใช้ฆ่าเชื้อในน้ำ ฆ่าเชื้อแบคทีเรีย [69] [70]
airgel สามารถนำความผิดปกติเข้าsuperfluid ฮีเลียม -3 [71]
เครื่องบิน de-ไอซิ่งข้อเสนอใหม่ใช้ท่อนาโนคาร์บอน airgel เส้นใยบาง ๆ ถูกปั่นบนเครื่องม้วนเพื่อสร้างฟิล์มหนา 10 ไมครอน ปริมาณวัสดุที่จำเป็นในการปิดปีกเครื่องบินจัมโบ้เจ็ทคือ 80 กรัม (2.8 ออนซ์) เครื่องทำความร้อนของ Airgel สามารถเปิดทิ้งไว้อย่างต่อเนื่องโดยใช้พลังงานต่ำเพื่อป้องกันไม่ให้น้ำแข็งก่อตัว [72]
อุโมงค์ส่งผ่านฉนวนความร้อนของเชฟโรเลต คอร์เวทท์ (C7) . [73]
CamelBakใช้แอร์เจลเป็นฉนวนในขวดกีฬาเก็บอุณหภูมิ [74]
45 North ใช้ airgel เป็นฉนวนฝ่ามือในถุงมือปั่นจักรยาน Sturmfist 5 [75]
ซิลิกาแอโรเจลอาจใช้สำหรับฉนวนกันเสียงเช่น บนหน้าต่างหรือเพื่อการก่อสร้าง [76] [77]

ปีเตอร์ซูกับตัวอย่างที่ airgel ที่ Jet Propulsion Laboratory , สถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนีย

ซิลิกาแอโรเจลมักถูกสังเคราะห์โดยใช้กระบวนการโซลเจล ขั้นตอนแรกคือการสร้างสาร แขวนลอยคอลลอยด์ของอนุภาคของแข็งที่เรียกว่า "โซล" สารตั้งต้นคือแอลกอฮอล์เหลวเช่น เอทานอล ซึ่งผสมกับซิลิกอนอัลค็อกไซด์เช่นtetramethoxysilane (TMOS), tetraethoxysilane (TEOS) และ polyethoxydisiloxane (PEDS) (งานก่อนหน้านี้ใช้โซเดียมซิลิเกต) [78]สารละลายของซิลิกาผสมกับตัวเร่งปฏิกิริยาและปล่อยให้เจลในระหว่างปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสซึ่งก่อตัวเป็นอนุภาคของซิลิคอนไดออกไซด์ [79]สารแขวนลอยออกไซด์เริ่มเกิดปฏิกิริยาควบแน่นซึ่งส่งผลให้เกิดสะพานโลหะออกไซด์ (สะพานM–O–M, สะพาน "oxo"หรือสะพาน M–OH–M, " ol ") เชื่อมโยงอนุภาคคอลลอยด์ที่กระจัดกระจาย . [80]โดยทั่วไปปฏิกิริยาเหล่านี้มีอัตราการเกิดปฏิกิริยาช้าปานกลาง และด้วยเหตุนี้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นกรดหรือด่างจึงถูกนำมาใช้เพื่อปรับปรุงความเร็วในการประมวลผล ตัวเร่งปฏิกิริยาพื้นฐานมักจะผลิตแอโรเจลที่โปร่งใสมากขึ้น และลดการหดตัวระหว่างกระบวนการทำให้แห้ง และยังเสริมความแข็งแกร่งเพื่อป้องกันไม่ให้รูพรุนยุบระหว่างการอบแห้ง [79]

สุดท้าย ในระหว่างกระบวนการทำให้แห้งของแอโรเจล ของเหลวรอบๆ โครงข่ายซิลิกาจะถูกกำจัดออกอย่างระมัดระวังและแทนที่ด้วยอากาศ โดยที่แอโรเจลจะไม่เสียหาย เจลที่ของเหลวสามารถระเหยได้ในอัตราที่เป็นธรรมชาติเรียกว่าซีโรเจล เมื่อของเหลวระเหย แรงที่เกิดจากแรงตึงผิวของส่วนต่อประสานระหว่างของเหลวกับของแข็งก็เพียงพอแล้วที่จะทำลายเครือข่ายเจลที่เปราะบาง เป็นผลให้ซีโรเจลไม่สามารถบรรลุความพรุนสูง แต่กลับมีค่าสูงสุดที่รูพรุนที่ต่ำกว่าและมีการหดตัวจำนวนมากหลังจากการทำให้แห้ง [81]เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้เส้นใยยุบตัวระหว่างการระเหยตัวทำละลายอย่างช้าๆ และลดแรงตึงผิวของส่วนต่อประสานระหว่างของเหลวกับของเหลว แอโรเจลสามารถก่อตัวขึ้นได้โดยการทำให้แห้งด้วยความเย็น(การทำให้แห้งแบบเยือกแข็ง) ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของเส้นใยและอุณหภูมิในการแช่แข็งวัสดุ คุณสมบัติเช่นความพรุนของแอโรเจลสุดท้ายจะได้รับผลกระทบ [82]

ในปีพ.ศ. 2474 เพื่อพัฒนาแอโรเจลชุดแรก คิสเลอร์ใช้กระบวนการที่เรียกว่าการทำให้แห้งแบบวิกฤตยิ่งยวดซึ่งหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนแปลงเฟสโดยตรง [21]โดยการเพิ่มอุณหภูมิและความดันที่เขาบังคับของเหลวเป็นของเหลว supercriticalรัฐที่โดยวางดันเขาทันทีสามารถเป็นก๊าซและลบของเหลวภายใน airgel หลีกเลี่ยงความเสียหายให้กับเครือข่ายสามมิติที่ละเอียดอ่อน แม้ว่าสิ่งนี้สามารถทำได้ด้วยเอทานอลแต่อุณหภูมิและแรงกดดันที่สูงจะนำไปสู่สภาวะการประมวลผลที่เป็นอันตราย วิธีที่ปลอดภัยกว่า อุณหภูมิและแรงดันที่ต่ำกว่านั้นเกี่ยวข้องกับการแลกเปลี่ยนตัวทำละลาย นี้จะกระทำโดยทั่วไปโดยการแลกเปลี่ยนเริ่มต้นของเหลวรูขุมขนน้ำสำหรับCO 2 -miscible ของเหลวเช่นเอทานอลหรืออะซิโตนแล้วเข้าสู่ของเหลวก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์แล้วนำก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เหนือของจุดสำคัญ ตัวแปรในกระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการฉีดคาร์บอนไดออกไซด์วิกฤตยิ่งยวดโดยตรงลงในถังแรงดันที่มีแอโรเจล ผลลัพธ์สุดท้ายของกระบวนการใดกระบวนการหนึ่งจะแลกเปลี่ยนของเหลวเริ่มต้นจากเจลกับคาร์บอนไดออกไซด์ โดยไม่ให้โครงสร้างเจลยุบหรือสูญเสียปริมาตร [79]

Resorcinol – ฟอร์มาลดีไฮด์แอร์เจล (RF aerogel) ทำในลักษณะที่คล้ายกับการผลิตซิลิกาแอโรเจล airgel คาร์บอนนั้นจะสามารถทำจากนี้ airgel resorcinol ด์โดยไพโรไลซิในก๊าซเฉื่อยบรรยากาศออกจากเมทริกซ์ของคาร์บอน [83]คาร์บอนแอโรเจลที่ได้อาจใช้ในการผลิตรูปทรงของแข็ง ผง หรือกระดาษคอมโพสิต [84]สารเติมแต่งประสบความสำเร็จในการเพิ่มคุณสมบัติบางอย่างของแอโรเจลสำหรับการใช้งานเฉพาะ airgel คอมโพสิตได้รับการทำโดยใช้ความหลากหลายของการอย่างต่อเนื่องและไม่ต่อเนื่องเสริม อัตราส่วนกว้างยาวของเส้นใย เช่นไฟเบอร์กลาสถูกนำมาใช้เพื่อเสริมความแข็งแรงให้กับคอมโพสิตแอโรเจลด้วยคุณสมบัติทางกลที่ดีขึ้นอย่างมาก

แอโรเจลที่มีซิลิกาเป็นส่วนประกอบไม่เป็นที่รู้จักว่าเป็นสารก่อมะเร็งหรือเป็นพิษ อย่างไรก็ตาม สารเหล่านี้ระคายเคืองต่อดวงตา ผิวหนัง ระบบทางเดินหายใจ และระบบย่อยอาหาร นอกจากนี้ยังสามารถทำให้เกิดความแห้งกร้านของผิวหนัง ดวงตา และเยื่อเมือก [85]ดังนั้นจึงขอแนะนำว่าควรสวมใส่อุปกรณ์ป้องกันรวมถึงอุปกรณ์ป้องกันระบบทางเดินหายใจ ถุงมือ และแว่นครอบตาทุกครั้งที่ใช้งานหรือแปรรูปแอโรเจลเปล่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีฝุ่นหรือเศษเล็กเศษน้อยเกิดขึ้น [86]