https://en.wikipedia.org/wiki/Aerogel
Aerogel merupakan bahan ultralight berpori sintetis yang berasal dari gel, dimana komponen cairan gel telah diganti dengan gas. [1] Hasilnya adalah padat dengan sangat rendah kepadatan [2] dan konduktivitas termal yang rendah. Julukan termasuk asap beku, [3] asap padat, udara padat, atau asap biru karena sifat tembus dan jalan beraikan cahaya dalam materi. Rasanya seperti polystyrene diperluas rapuh untuk disentuh. Aerogels dapat dibuat dari berbagai senyawa kimia. [4]
Aerogel pertama kali diciptakan oleh Samuel Stephens Kistler pada tahun 1931, sebagai hasil dari taruhan [rujukan?] Dengan Charles Belajar siapa bisa menggantikan cairan dalam "jeli" dengan gas tanpa menyebabkan penyusutan. [5] [6]
Aerogels diproduksi dengan mengekstraksi komponen cairan dari gel melalui pengeringan superkritis. Hal ini memungkinkan cairan yang akan perlahan-lahan kering tanpa menyebabkan matriks padat di gel runtuh dari kapiler, seperti yang akan terjadi dengan penguapan konvensional. The aerogels pertama diproduksi dari gel silika. kemudian bekerja Kistler yang terlibat aerogels berdasarkan alumina, kromia dan timah dioksida. aerogels karbon pertama kali dikembangkan pada akhir 1980-an. [rujukan?]
Aerogel tidak memiliki bahan yang ditunjuk dengan rumus set kimia tetapi istilah ini digunakan untuk mengelompokkan semua bahan dengan struktur geometris tertentu. [7]
Meskipun nama mereka, aerogels adalah bahan solid, kaku, dan kering yang tidak menyerupai gel dalam sifat fisik mereka: Nama berasal dari fakta bahwa mereka terbuat dari gel. Menekan lembut pada aerogel biasanya tidak meninggalkan bahkan tanda minor; menekan lebih tegas akan
meninggalkan depresi permanen. Menekan sangat tegas akan menyebabkan kerusakan bencana dalam struktur jarang, menyebabkan ia pecah seperti kaca - properti yang dikenal sebagai
kerapuhan; meskipun variasi yang lebih modern tidak menderita ini. Terlepas dari kenyataan bahwa itu adalah rawan pecah, sangat kuat struktural. Its kemampuan bantalan mengesankan beban yang disebabkan oleh mikro dendritik, di mana partikel berbentuk bola dari ukuran rata-rata (2-5 nm) yang menyatu bersama menjadi cluster. kelompok ini membentuk struktur yang sangat berpori tiga dimensi dari rantai hampir fraktal, dengan pori-pori hanya di bawah 100 nm. Ukuran rata-rata dan kepadatan pori-pori dapat dikontrol selama proses manufaktur.
Aerogel adalah bahan yang 98,2% udara. Kurangnya bahan padat memungkinkan aerogel menjadi hampir ringan. Alasan untuk perbedaan dalam komposisi struktur aerogel yang. Aerogel memiliki jaringan padat berpori yang berisi kantong udara, dengan kantong udara mengambil sebagian besar ruang dalam materi. [8]
inframerah (yang memindahkan panas) melewati mereka.
Karena sifat higroskopis nya, aerogel terasa kering dan bertindak sebagai pengering yang kuat. Orang penanganan aerogel untuk waktu yang diperpanjang harus memakai sarung tangan untuk mencegah munculnya bintik rapuh kering pada kulit mereka.
Sedikit warna yang ada adalah karena Rayleigh hamburan dari panjang gelombang yang lebih pendek dari cahaya tampak dengan struktur dendritik berukuran nano. Hal ini menyebabkan untuk muncul biru berasap terhadap latar belakang gelap dan kekuningan terhadap latar belakang terang.
Aerogel adalah jaringan berpori terbuka. Perbedaan antara jaringan berpori terbuka dan jaringan berpori tertutup adalah bahwa jaringan berpori terbuka memungkinkan gas untuk memasuki dan meninggalkan substansi tanpa batasan apapun, sementara jaringan berpori tertutup perangkap gas dalam materi. [9]
Aerogels sendiri adalah hidrofilik, tetapi pengobatan kimia dapat membuat mereka hidrofobik. Jika mereka menyerap kelembaban mereka biasanya mengalami perubahan struktural, seperti kontraksi, dan memburuk, tetapi degradasi dapat dicegah dengan membuat mereka hidrofobik. Aerogels dengan interior hidrofobik kurang rentan terhadap degradasi dari Aerogels dengan hanya lapisan hidrofobik luar, bahkan jika celah menembus permukaan. pengobatan hidrofobik memfasilitasi pengolahan karena memungkinkan penggunaan pemotong jet air.
efek Knudsen
Aerogels mungkin memiliki konduktivitas termal lebih kecil dari gas yang dikandungnya. Hal ini disebabkan oleh efek Knudsen, pengurangan konduktivitas termal gas ketika ukuran rongga meliputi gas menjadi sebanding dengan jalan bebas rata-rata. Efektif, rongga membatasi pergerakan partikel gas, mengurangi konduktivitas termal selain menghilangkan konveksi. Misalnya, konduktivitas termal udara sekitar 25 mW / m · K di STP dan dalam wadah besar, namun menurun hingga sekitar 5 mW / m · K dalam pori 30 nanometer dengan diameter. [10]
Struktur
struktur aerogel adalah hasil dari polimerisasi sol-gel, yang ketika monomer (molekul sederhana) bereaksi dengan monomer lain untuk membentuk sol atau zat yang terdiri dari terikat, makromolekul silang dengan deposito larutan cair di antara mereka. Ketika bahan yang kritis dipanaskan cairan diuapkan dan terikat, cross-linked frame makromolekul yang tertinggal. Hasil polimerisasi dan pemanasan penting adalah penciptaan bahan yang memiliki struktur yang kuat berpori diklasifikasikan sebagai aerogel. [11]
waterproofing
Aerogel mengandung partikel yang 2-5 nm diameter. Setelah proses menciptakan Aerogel, itu akan berisi sejumlah besar kelompok hidroksil di permukaan. Gugus hidroksil dapat menyebabkan reaksi yang kuat saat menyimpannya di dalam air. aerogel yang serempak akan larut dalam air. Salah satu cara untuk tahan air aerogel hidrofilik adalah dengan merendam aerogel dengan beberapa kimia dasar yang akan menggantikan gugus hidroksil dengan kelompok-kelompok non-polar di permukaan, kelompok non-polar (-atau) adalah yang paling efektif bila R adalah gugus alifatik. [12]
Ada beberapa cara untuk menentukan porositas aerogel; tiga metode utama adalah adsorpsi gas, Mercury porosimetry, dan Metode Hamburan. Dalam adsorpsi nitrogen gas pada titik didihnya diserap ke dalam sampel aerogel. Gas yang teradsorpsi tergantung pada ukuran pori-pori dalam sampel dan pada tekanan parsial gas relatif terhadap tekanan jenuh. Mengukur volume gas teradsorpsi dengan menggunakan Brunnauer, emmit dan, Teller rumus (BET) memberikan luas permukaan spesifik sampel. Pada tekanan parsial tinggi di adsorpsi / desorpsi persamaan Kelvin memberikan distribusi ukuran pori sampel. Dalam Mercury porosimetry, merkuri dipaksa ke dalam sistem berpori aerogel untuk menentukan ukuran pori-pori, tetapi metode ini sangat tidak efisien karena bingkai yang solid dari aerogel akan runtuh dari gaya tekan yang tinggi. Metode Hamburan melibatkan sudut defleksi bergantung radiasi dalam sampel aerogel. sampel dapat partikel padat atau pori-pori. radiasi masuk ke materi dan menentukan geometri fraktal dari jaringan aerogel pori. Panjang gelombang radiasi terbaik untuk digunakan adalah X-ray dan neutron. Aerogel juga
merupakan jaringan berpori terbuka, perbedaan antara jaringan berpori terbuka dan jaringan berpori tertutup adalah bahwa dalam jaringan terbuka, gas dapat memasuki dan meninggalkan substansi tanpa batasan apapun. Sementara jaringan berpori tertutup perangkap gas dalam bahan
