Aerogel Material Padat Paling Ringan di Dunia - Aerogel Lebih Ringan dari Udara

Aerogel adalah sejenis busa yang sangat spesial yang 99,8% nya adalah udara. Aerogel adalah material padat yang memiliki masa jenis rendah yang berasal dari gel di mana komponen cair dari gel telah diganti dengan gas. Hasilnya adalah material padat yang memilki densitas yang sangat rendah dengan beberapa sifat yang luar biasa, terutama efektivitasnya sebagai isolator termal. Aerogels merupakan benda padat, tetapi dapat lebih ringan dari udara. Meskipun aerogels jarang mereka struktur molekul yang kuat.

Material ini pertama kali ditemukan pada tahun 1930 oleh Samuel Stephens Kistler, tapi sangat rapuh dan tidak bisa dibentuk. Aerogels secara tradisional mahal dan sulit untuk memproduksinya. Sekarang tim ilmuwan telah menemukan cara untuk membuatnya fleksibel sehingga tidak pecah begitu mudah.

Material ini dijuluki asap beku (Frozen Smoke), asap padat (Solid Smoke) atau asap biru (Blue Smoke) karena sifat tembus dan mencerai-beraikan cahaya, namun, ketika disentuh rasanya seperti polystyrene (Styrofoam). Aerogels memiliki kepadatan terendah dan luas permukaan internal tertinggi dari setiap material padat yang dikenal, yang membuat mereka menjadi material yang meiliki kinerja yang sangat tinggi untuk tumbukan, isolasi redaman, akustik dan termal, struktur pendukung dan kimia permukaan.

Fakta menarik:

1. Penjepit kertas A memiliki massa sekitar 1 gram. 1 gram sampel aerogel memiliki luas permukaan internal antara 250 dan 3000 m2 per gram (ketika diproduksi dalam lingkungan tanpa bobot).
2. Densitas padatan terendah : Bahan buatan manusia paling ringan adalah Aerogel dengan kepadatan hanya tiga kali kepadatan udara. Namun aerogels dapat dibuat lebih padat, sampai dengan 0,6 g / cc atau lebih.
3. Porositas tertinggi: Mungkin satu-satunya bahan yang dapat memiliki lebih dari 95% porositas, dan distribusi ukuran pori yang sangat luas, mulai dari Angstrom (10^-10 meter) ke mikron (10^-6 meter).
4. Luas permukaan yang sangat tinggi: Untuk beberapa Aerogels, satu ons dapat memiliki luas permukaan yang sama dengan lapangan sepak bola (lebih dari 3000 meter persegi per satu gram).
5. Komposisi Serbaguna: Aerogels dapat dibuat dengan berbagai komposisi kimia.
6. Sifat fungsional dengan desain: Kombinasi dari fitur di atas dapat menyebabkan Aerogel bahan dengan sifat yang berguna seperti:
   • adsorbent,
   • katalis,
   • isolator,
   • semikonduktor,
   • piezoelektrik,
   • dielektrik,
   • feroelektrik,
   • pengendali difusi,
   • konduktor listrik,
   • isolator listrik,
   • dan fitur optik.
7. Dapat menahan (teoritis) 500 sampai 4.000 kali berat yang berlaku diterapkan.

Jenis Aerogels:

1. Silica:
   
   • Aerogel Silika adalah jenis yang paling umum dari Aerogel dan yang paling luas dipelajari dan digunakan. Ini merupakan bahan berbasis silika, yang berasal dari silika gel.
   • Material padat dengan kerapatan terendah di dunia adalah busa nano silika  pada 1 mg/cm3. Kepadatan udara adalah 1,2 mg/cm3.
   • Aerogel Silika kuat menyerap radiasi inframerah. Hal ini memungkinkan pembuatan material yang membiarkan cahaya ke dalam bangunan tapi panas terperangkap untuk pemanas matahari.
   • Memiliki sifat isolator  termal yang luar biasa , memiliki konduktivitas termal yang sangat rendah: dari 0,03 W / m · K turun ke 0,004 W / m · K, yang sesuai dengan nilai-R 14 sampai 105 untuk tebal 3,5 inci . Sebagai perbandingan, insulasi dinding khas adalah 13 untuk tebal 3,5 inci . Titik leleh adalah 1.473 K (1.200 ° C atau 2.192 ° F).
   • Aerogel Silika memegang 15 entri dalam Guinness World Records untuk sifat material, termasuk padat terbaik insulator dan terendah-density.






2. Karbon:
   
   
   
   
   • Aerogels karbon terdiri dari partikel dengan ukuran dalam rentang nanometer, ikatan kovalen bersama. Mereka memiliki porositas yang sangat tinggi (lebih dari 50%, dengan diameter pori di bawah 100 nm) dan daerah permukaan berkisar antara 400-1000 m² / g. Mereka sering dibuat sebagai kertas komposit: kertas non-woven yang dibuat dari serat karbon, diresapi dengan resorsinol-formaldehida Aerogel, dan pyrolyzed.
   • Tergantung pada kepadatan, aerogels karbon dapat menjadi konduktor listrik, membuat kertas Aerogel komposit berguna untuk elektroda pada kapasitor atau deionisasi elektroda. Karena luas permukaan yang sangat tinggi, aerogels karbon digunakan untuk membuat kapasitor super, dengan nilai berkisar hingga ribuan farads berdasarkan kapasitansi 104 F / g dan 77 F / cm ³.
   
   • Aerogels karbon juga sangat "hitam" dalam spektrum inframerah, mencerminkan hanya 0,3% dari radiasi antara 250 nm dan 14,3 pM, membuat mereka efisien untuk kolektor energi surya.

Manufaktur: 

 Aerogels yang dibentuk dengan proses yang dikenal sebagai pengeringan superkritis, dimana cairan dari dasar gel akan dihilangkan dan diganti dengan gas, meninggalkan struktur yang solid. Aerogel dibuat dengan mengeringkan sebuah gel yang terdiri dari silika koloid dalam sebuah lingkungan yang ekstrem. Ilmuwan mulai dengan alkohol cair seperti ethanol dan mencampurnya dengan sebuah prekursor silikon alkoksida untuk membentuk sebuah gel silikon dioksida (gel silika).

Kemudian, melalui sebuah proses yang disebut pengeringan superkritikal, alkohol disingkirkan dari gel. Biasanya hal ini dilakukan dengan cara menukar etanol dengan karbon dioksida cair dan kemudian membuat karbon dioksida berada di atas titik kritis. Hasil akhir menghilangkan seluruh cairan dari gel dan menggantikannya dengan gas, tanpa membuat struktur gel rusak atau berkurang volumenya.

Produksi komersial dari selimut aerogel dimulai sekitar tahun 2000. Selimut ini adalah sebuah komposit silica aerogel dan penguatan menggunakan fiber yang mengubah aerogel yang mudah pecah menjadi sebuah bahan yang "durabel" dan fleksibel. Sifat mekanika dan termal dari produk ini bervariasi sesuai dengan pilihan fiber penguatnya, matriks aerogel, dan aditif opasifikasi yang digunakan dalam komposit.

Berikut video Cara Pembuatan Silica Aerogel

 Pengembangan terbaru:

NASA Glenn Research Centre mengembangkan Aerogel polimer yang kuat, fleksibel, dan tahan lipat, kekusutan, menghancurkan, dan sedang melangkah pada tahap selanjutnya. Ini adalah salah satu aerogels padatan paling padat, memiliki kekuatan spesifik tekan mirip dengan komposit grafit  kelas aerospace, dan memberikan konduktivitas termal terkecil untuk setiap benda padat.

Aerogels baru lebih kuat hingga 500 kali  daripada silika. sepotong aeoregel benar-benar dapat mendukung berat mobil.

Aerogels silika akan hancur menjadi bubuk jika ditempatkan di bawah ban mobil. Seperti yang terlihat di atas, hal yang sama tidak kan terjadi pada polimer baru aerogels, bahkan jika mobil hanya mobil Smart. Secara keseluruhan, sifat mekanik yang lebih mirip dengan karet sintetis, Aerogel dari kelas baru memiliki sifat yang sama (dan konduktivitas termal jauh lebih kecil) dengan hanya sekitar 10 persen  dari berat. Kelas baru aerogels polimer juga memiliki sifat mekanik unggul. Misalnya silika aerogels dari kepadatan serupa memiliki ketahanan terhadap batas kompresi dan tarik lebih dari 100 kali lebih kecil dari aerogels polimer baru. Dan mereka dapat diproduksi dalam bentuk tipis, sebuah lapisan tipis yang begitu fleksibel untuk berbagai kegunaan komersial dan industri yang mungkin.

Aplikasi:

Contoh 1:
Pesawat militer dan mesin helikopter menghasilkan banyak panas. Ini berarti mereka dapat diserang oleh rudal pencari panas. Jika mesin dikelilingi oleh lapisan Aerogel, maka panas yang keluar lebih sedikit untuk terdeksi rudal.

Contoh 2:
Aerogel juga dapat digunakan untuk menghentikan panas yang hilang dari pipa air panas. Ketika energi panas yang lolos terbuang, berarti lebih banyak pasokan energi akan habis. Banyak dari bahan lainnya dapat digunakan untuk menghentikan panas yang lolos, sehingga Aerogel banyak digunakan untuk hal tersebut.

Aplikasi lainnya:

1. Tahan api
   • Oven (reguler, pizza, dll)
   • panggangan
   • tungku pembakaran
2. Isolasi (panas atau dingin):
   • Pada Mobil: pipa udara masuk, mesin, knalpot, manifold
   • Pakaian - Hanya untuk dingin, tidak hangat, karena akan menjebak panas tubuh!
   
   
   
   
   • Rumah: tungku pembakaran, panggangan, dapur, oven, Panci dan wajan, Pendingin dan kulkas, Pipa saluran udara, Dinding, Jendela
3. Blacksmith forge
4. Penyerapan air dari bahan
5. Shock absorption
6. isolasi suara

Bagi yang ingin mengetahui lebih jauh tentang material ini, dapat di lihat pada video perkuliahan " Aerogels: The Materials Science of Empty Space " yang disampaikan oleh  Dr. Gash and Mr. Dean pada Universitas California TV (UC TV). Dalam kuliah ini Gash Dr Dean dan Mr Reese menjelaskan dan menunjukkan struktur, sifat, dan aplikasi canggih dari aerogels, dan bahkan cara mensintesis material tersebut.

  Sumber: http://catatanmechanical.blogspot.com/2012/11/aerogel-material-padat-paling-ringan-di.html