Aerogel

(Verschil tussen bewerkingen)
Ga naar: navigatie, zoeken
(Silica aerogel)
(Eigenschappen)
Regel 38: Regel 38:
 
Het materiaal is wel zeer poreus. De zeer poreuze structuur wordt bepaald door de ruimte tussen de ketens. Deze variëren van 1 tot 100 nm. De meest voorkomende grootte is 20 nm.   
 
Het materiaal is wel zeer poreus. De zeer poreuze structuur wordt bepaald door de ruimte tussen de ketens. Deze variëren van 1 tot 100 nm. De meest voorkomende grootte is 20 nm.   
  
Aerogel is een zeer goede thermische en akoestische isolator. Het materiaal heeft een temperatuurtolerantie van -273°C tot 500°C, het smeltpunt licht bij de 1200°C. Aerogel zal bij 500oC gaan krimpen. Ook de warmtegeleidingcoëfficiënt ligt enorm laag, bij de 0.016 W m-1 K-1. Dit zorgt ervoor dat Aerogel een zeer goede warmtegeleider is.  
+
Aerogel is een zeer goede thermische en akoestische isolator. Het materiaal heeft een temperatuurtolerantie van -273°C tot 500°C, het smeltpunt licht bij de 1200°C. Aerogel zal bij 500oC gaan krimpen. Ook de warmtegeleidingcoëfficiënt ligt enorm laag, bij de 0.016 W m<sup>-1</sup> K<sup>-1</sup>. Dit zorgt ervoor dat Aerogel een zeer goede warmtegeleider is.  
 
Aerogel is niet brandbaar en ontwikkelt ook geen rook in geval van brand.  
 
Aerogel is niet brandbaar en ontwikkelt ook geen rook in geval van brand.  
  

Versie van 4 sep 2012 om 10:10

Aerogel
Aerogel hand1.jpg
Eigenschappen
Categorie: Materialen
Originele auteur: Ackelien Hageman en Katja Schuitemaker
Jaar: 2011
Wikipedia link: Aerogel

Inhoud

Inleiding

Aerogels zijn bekend vanwege hun extreem lage dichtheid. Deze lage dichtheid is meestal vanaf 0,020 g/cm3. Dit is ongeveer 15x zwaarder dan lucht.

Aerogel is ’s werelds lichtste materiaal in vaste vorm, met een volume dat tot maximaal 99,98% lucht kan bestaan. Aerogels hebben eigenschappen als geen ander materiaal. Transparante isolerende silica aerogels bezitten het laagste geleidingsvermogen van alle vaste materialen. De aerogels bezitten open poriën die meestal ongeveer 20 nm in diameter zijn.

Carbon aerogels voorzien de supercondensatoren van stroom. Supersterke, buigbare aerogels bezitten de laagste dichtheid van alle gestructureerde materialen.

Aerogel is gemaakt uit hydrogel maar bezit i.p.v. vloeistof, gas in de poriën. Dit zorgt voor een droog, vast aerogel.

Handelsnamen

De handelsnaam is aerogel. Aerogel is de naam van een gel waaruit het vloeibare gedeelte is verwijderd en de lege ruimte zijn opgevangen door lucht. Meestal wordt er onder aerogel de silica aerogel verstaan terwijl het dus elk soort aerogel kan zijn. Dit kan vergleken worden met het wordt plastic. Aerogel wordt ook wel frozen smoke genoemd.

Beschrijving

Aerogel is een poreuze, vaste stof dat uit extreme materiaal eigenschappen bestaat. Aerogel staat vooral bekend om zijn extreem lage dichtheid, deze ligt tussen 0.0011-0.5 g/cmᶟ. Ter vergelijking: de dichtheid van lucht is 0,0012 g/cmᶟ. Het is de laagste dichtheid die ooit is gemeten voor een vaste stof. De aerogel die meestal gebruikt wordt heeft een dichtheid van 0.020 g/cmᶟ of hoger. Aerogel bestaat voor 95 tot 99% uit lucht voor de laagste dichtheid was deze 99.98%. Voor de rest wordt de structuur bepaald door bijvoorbeeld de silicium voor silica aerogel. Aerogel is een droog, poreus, vast raamwerk van een gel waaruit het vloeibare gedeelte weg is gehaald. Het heeft een sponsachtige structuur en is doorzichtig.

Aerogel is rond 1930 ontdekt door Samuel Stephens Kistler. Silica aerogel was de eerste aerogel die gemaakt werd. Later heeft Kistler aerogels geproduceerd op basis van aluminium, chroom en tin oxide. Carbon aerogels waren pas laat in 1980 ontdekt.

Eigenschappen

Bestand:Aerogelflower filtered.jpg
Een bloem op een stuk aerogel wordt beschermt tegen de hitte van de vlam

Bij de eigenschappen wordt er uit gegaan van silica aerogel omdat deze het meest gebruikt wordt. De eigenschappen van de andere soorten aerogel worden later besproken bij ‘Welke soorten aerogel zijn er?’ Aerogel is een sterk materiaal, het kan tot 4000 keer zijn eigen gewicht dragen. Het materiaal is wel zeer poreus. De zeer poreuze structuur wordt bepaald door de ruimte tussen de ketens. Deze variëren van 1 tot 100 nm. De meest voorkomende grootte is 20 nm.

Aerogel is een zeer goede thermische en akoestische isolator. Het materiaal heeft een temperatuurtolerantie van -273°C tot 500°C, het smeltpunt licht bij de 1200°C. Aerogel zal bij 500oC gaan krimpen. Ook de warmtegeleidingcoëfficiënt ligt enorm laag, bij de 0.016 W m-1 K-1. Dit zorgt ervoor dat Aerogel een zeer goede warmtegeleider is. Aerogel is niet brandbaar en ontwikkelt ook geen rook in geval van brand.

De doorzichtigheid van aerogel ligt ook al extreem laag. De refractie-index van aerogel ligt tussen 1.0-1.05. Dit is voor een vaste stof enorm laag.

Soorten aerogel

Silica aerogel

Silica staat voor siliciumdioxide (SiO2). Deze is het meest gebruikelijke aerogel. Dit is meestal het aerogel dat men gebruikt voor foto’s en wat men in het algemeen bedoeld wanneer er over aerogel gesproken wordt.
Silica -> glas, silicium -> computers, silicone -> rubber.

Metaal oxide aerogel

Deze aerogel is belangrijk omdat ze als katalysator kunnen dienen voor o.a. chemische transformaties. Het is magnetisch en het kan kleurrijk zijn.

Organische en carbon aerogel

Een organisch aerogel bestuit uit voornamelijk organische polymeren. De term “biologisch aerogel” kan naar verschillende aerogels verwijzen die opgebouwd zijn uit het polymeer. Carbon aerogels zijn geleidend wat handig is bij supercondensatoren, brandstofcellen en ontziltingsinstallaties.

Halfgeleidende metaal chalcogenide aerogel

Deze aerogel beschikt over een unieke combinatie van porositeit, doorschijnendheid en fotoluminescentie, en zijn waarschijnlijk zeer geschikt voor gebruik als chemische sensoren (kunstmatige neus) en energie-toepassingen zoals fotovoltaische zonnecellen en de extractie van waterstof uit water m.b.v. zonlicht als energiebron.

Be- en verwerkingsvormen

Proces aerogel

Aerogel wordt gemaakt door de vloeibare delen uit de silicium-hydrogel te extraheren met behulp van de superkritische fase. Door een silicium-hydrogel onder hoge temperatuur en druk te brengen totdat het de superkritische fase bereikt. Hier is geen onderscheid meer tussen de vloeistof- en gasfase van de stof. Vervolgens wordt de superkritische vloeistof verwijderd. Doordat de vloeistof superkritisch is, is er geen gas- vloeistof interface meer waardoor er ook geen oppervlakte spanningen zijn. Hierdoor kan de vloeistof worden verwijderd zonder dat de polymeer-structuur van de gel kapot gaat. Wanneer men met lagere temperaturen gaat drogen zullen er scheuren ontstaan en zal het materiaal gaan breken door de oppervlaktespanningen. Wanneer de vloeistof weg is worden de ruimten tussen de polymeren opgevuld door lucht zodat er een aerogel ontstaat.

Aerogel wordt in verschillende materialen en producten verwerkt zoals in textiel en in de vorm van glas hierover wordt bij de toepassingen meer uitgelegd.

Toepassingen

NASA

Aerogel werd voor het eerst toegepast in de ruimtevaarttechniek. De NASA gebruikte het voor het isoleren van elektrische ruimtesondes. Ook maakt de NASA gebruik van aerogel om stofdeeltjes uit de ruimte op te vangen en af te remmen zonder dat deze beschadigt. Zo’n deeltje dat nog kleiner is dan een zandkorrel komt met een snelheid van 6 km/s aan. Wanneer het stofdeeltje de aerogel bereikt graaft het zichzelf diep in de aerogel in, waardoor het stofdeeltje geleidelijk wordt afgeremd. Doordat de aerogel semitransparant is, is het spoor van het stofdeeltje duidelijk zichtbaar zodat de wetenschappers het deeltje kunnen vinden en onderzoeken.

Doordat aerogel een zeer goede thermische en akoestische isolator is vanwege zijn poreusheid maken veel bedrijven hier gebruik van. Door composieten van aerogel te maken met bijvoorbeeld een polymeer kunnen er nog veel verscheidene toepassingen bedacht worden.

Aspen Aerogels

Aspen Aerogels houdt zich bezig met aerogel textiel. Het textiel wordt geïmpregneerd met silicium hydrogel, vervolgens wordt de vloeistof onder superkritische omstandigheden verwijderd. Zo ontstaat er een flexibele deken van aerogel. Deze dekens worden toegepast op een breed gebied van isolatie van oliepijpleidingen tot winterkleding.

Bluedec

Ook Bluedec houdt zich bezig met het maken van isolatiedekens op basis van aerogel. Het isoleert warmt en kou 2 tot 8 keer beter dan elk ander isolatie materiaal. Bluedec houdt zich vooral bezig met de toepassingen op het gebied van bouw, industrie en ook in bekleding van slaapcabines van vrachtwagens, ook is het toegepast in de bekleding van motorcompartiment voor thermische isolatie ook werd het geluid sterk gereduceerd.

Aerogel Composite

Heeft zich bezig gehouden met de toepassing in brandstofcellen. Aerogel Composite produceert platinum-katalysatoren op basis van koolsof-aerogel. Met deze techniek kan de benodigde hoeveelheid platina met 70% worden teruggebracht.

Airglass

Een Zweeds bedrijf past silicium aerogel toe als alternatief voor glazen ruiten. Airglass bestaat uit een dikke plaat aerogel. Hiermee wordt de ruimte zeer goed geïsoleerd wat warmteverlies tegen gaat. Door de doorzichtige eigenschap van aerogel kan men nog steeds goed naar buiten kijken maar naar binnen kijken gaat wat moeilijker.

Reflexy

Een bedrijf dat zich bezig houdt op het gebied van dunne isolatie producten voor bouw, renovatie, restauratie. Het levert aan industrieën, fabrieken en groothandels.

Aerogel als oliespons

Jose Quevedo en collega’s van het New Jersey Institute of Technology hebben een filter gemaakt van aerogel. Aerogel is hydrofoob dus stoot water af. Olie plakt juist heel goed aan de aerogel, dus door de aerogel door het water heen te spoelen blijft de olie plakken en het schone water zal er gewoon doorheen stromen. Aerogel kan wel 7 keer zijn eigen gewicht aan olie opzuigen.

Doordat de productie van aerogel veel energie kost en relatief dure apparatuur gebruik is de prijs van aerogel nog te hoog voor grootschalige toepassingen in de markt. Ook zijn er veel goedkopere isolatie materialen als pur en schuim waar het dus niet tegen kan concurreren.

Voordelen

Door de grote poreusiteit van aerogel en de extreem lage thermische geleidbaarheid, heeft aerogel een ontzettend goede isolerende werking. Aerogel isoleert tot 8x beter dan PUR/PIR schuim, glaswol, steenwol, calcium silicaten of foamglas. Ook zorgt aerogel voor een flinke ruimtebesparing gezien de sterke reductie van de isolatiediktes bij dezelfde isolatiewaarden. Afhankelijk van het soort aerogel, zijn deze altijd vlamdovend en meestal ook vuurbestendig. Zij hebben een temperatuurbereik van -196˚C tot 650˚C.

Het isolatiemateriaal is waterafstotend in de kern, maar toch dampdoorlatend. Dit zorgt voor een vermindering van het corrosie effect. Dit resulteert in een langere levensduur van de installatie.

Buigbare aerogels zijn flexibel en verwerkbaar als een vilt.

Aerogel is mechanisch sterk en kan goed tegen mechanische oppervlaktedruk. Ook blijven zij thermisch optimaal presteren onder belasting.

Na montage vindt er een minimale ontgassing plaats, waardoor het milieuvriendelijker is. Hierdoor is het materiaal tevens interessant voor gebruik als isolatie in afgesloten ruimtes.

Nadelen

Indien men het aerogel in zijn originele staat laat, zonder inbrengen in een deken, behoudt deze zijn sterke isolerende werking, maar blijft breekbaar. In de buigbare deken zitten losse aerogel korrels. Omdat deze korrels niet chemisch met elkaar zijn verbonden komen ze snel los wanneer men met de deken in aanraking komt. Dit zorgt voor verstuiving en het verliezen van de goede eigenschappen van aerogel.

Een oplossing hiervoor is het chemisch laten binden van de aerogel korrels i.p.v. losse inbinding.

Het maken van een aerogel kost veel tijd (+- 6 dagen). Dure apparaten in combinatie met het tijdrovende proces zorgen voor een zeer duur materiaal. 1 m3 aerogel kan tussen de €3500,- en €5000,- kosten.

Milieuaspecten

Rioolwater en de zee zitten vol met olie. Het kost veel moeite, tijd en energie om dit water te filteren. Aerogel is een ideaal oliefilter dat 7x zijn eigen gewicht in olie op kan zuigen. Op dit moment worden er, voor het verwijderen van olie uit water, koolstoffilters gebruikt. Deze kosten veel geld en de koolstoffilters kunnen niet hergebruikt kunnen worden.

Aerogel korrels kunnen de olie opzuigen. Hierna zullen ze van het schone water gescheiden worden d.m.v. een filter. Nadeel hiervan is dat er nog geen oplossing is om de korrels weer te hergebruiken.

Bij het verwerken van silica komt stof vrij. In de US mag de lucht maximaal 6 mg/m3 stof bevatten. Dit hangt ook af van het feit of de hoeveelheid stof in een afgesloten ruimte of buiten wordt geproduceerd.

Leveranciers en kenniscentra

Zoals hierboven genoemd zijn er een aantal bedrijven die zich bezig houden met aerogel.

Bronnen

Persoonlijke instellingen
Naamruimten
Varianten
Handelingen
Navigatie
Hulpmiddelen