Pada tahun 1931, Kistler memisahkan cairan dari padatan dengan menggunakan teknik pengeringan superkritis alkohol dan menjaga struktur gas agar tidak menyusut dan runtuh, sehingga menghasilkan aerogel di dunia.
Definisi Aerogel
Aerogel merupakan material padat amorf nano-berpori ringan dengan partikel mikro berskala nanometer yang teragregasi satu sama lain membentuk struktur jaringan berpori berskala nanometer dan diisi dengan sejumlah besar media dispersi gas dalam kerangka jaringan.
Aerogel bukan hanya material fungsional, tetapi juga wujud materi baru. Wujud aerogel secara fundamental berbeda dari wujud materi lain dalam banyak sifat. Ia memiliki ukuran dan bentuk tetap seperti materi padat, namun kerapatan tampak dapat berkisar dari maksimum 1 g/cm³ hingga 0.001 g/cm³ (lebih rendah dari kerapatan udara); pada saat yang sama, ia memiliki struktur berpori seperti spons, dengan berbagai sifat mikroskopis (kerangka skala nano), makroskopis (materi terkondensasi) dan mesoskopis (struktur multi-level dan fraktal), yang membuat aerogel memiliki banyak sifat unik. Ia menunjukkan konduktivitas termal yang sangat rendah, modulus elastisitas yang sangat rendah, laju fonon yang sangat rendah, indeks bias yang sangat rendah, konstanta dielektrik yang rendah, kecepatan suara yang sangat rendah, luas permukaan spesifik yang tinggi, distribusi kerapatan dan indeks bias yang sangat luas, dll.
Klasifikasi Aerogel
Terdapat berbagai macam aerogel, yang mencakup hampir semua sistem material. Secara umum, menurut komposisi kimianya, aerogel dapat dibagi menjadi aerogel organik, aerogel anorganik, dan aerogel komposit, dsb. Aerogel juga dapat diklasifikasikan menjadi sistem silikon, karbon, sulfur, oksida logam, dan logam menurut komponen utamanya.
Status dan Peran Aerogel
Para ilmuwan mengatakan aerogel akan mengubah dunia.
Aerogel terdaftar sebagai salah satu dari 10 isu sains dan teknologi paling hangat dalam jurnal Science edisi ke-250 di AS. Pada tanggal 20 Agustus 2007, The Times melaporkan bahwa aerogel adalah benda padat paling ringan di dunia yang dapat menahan daya ledak 1 kg dinamit dan menjaga Anda terhindar dari panas obor las di atas 1300°C. Para ilmuwan tengah menjajaki penggunaan aerogel dalam berbagai hal, mulai dari pakaian antariksa super-terisolasi hingga superkapasitor, katalis, hingga raket tenis generasi berikutnya. Aerogel menjanjikan untuk menyaingi berbagai generasi material legendaris seperti resin fenolik dari tahun 1930-an, serat karbon dari tahun 1980-an, dan silikon dari tahun 1990-an.
Aerogel telah beberapa kali masuk dalam Guinness Book of World Records sebagai padatan paling ringan di dunia. Aerogel juga memiliki konduktivitas termal dan indeks bias yang sangat rendah serta 39 kali lebih bersifat isolasi daripada serat kaca terbaik. Aerogel telah digunakan untuk mengisolasi stasiun luar angkasa Mir milik Rusia dan wahana penjelajah Mars Pathfinder milik AS, dan telah memainkan peran penting dalam industri kedirgantaraan.
Sejarah Pengembangan Aerogel
1931, aerogel pertama kali disiapkan oleh Kistler di Universitas Stanford, AS.
1985, simposium pertama tentang aerogel, yang dikenal sebagai ISA, diselenggarakan oleh Institut Fisika di Universitas Würzburg, Jerman.
1993, aerogel digunakan untuk mengisolasi pakaian antariksa, wahana antariksa, dan pesawat ulang-alik.
2002, Aspen Aerogel, sebuah perusahaan NASA, didirikan untuk mengembangkan dan memproduksi aerogel.
2004, penelitian aerogel dilakukan oleh lembaga penelitian dalam negeri Tiongkok.
Tahun 2006, perusahaan aerogel domestik di Cina mulai mengembangkan aerogel.
2017, Tiongkok mengumumkan, GB/T 34336-201, Produk Insulasi Komposit Aerogel Non-pori
Tahun 2021, Dewan Negara menerbitkan, “Rencana Aksi untuk Mencapai Puncak Karbon pada Tahun 2023” untuk mempercepat penelitian dan pengembangan serat karbon, aerogel, baja khusus, dan bahan-bahan dasar lainnya.
Sifat Utama Aerogel
(1) Sangat ringan. Aerogel adalah padatan dengan kepadatan paling rendah di dunia, dengan kepadatan minimum seperenam massa udara. Kisaran variasi kepadatan umumnya 0.001~1g/cm³.
(2) Porositas tinggi dan luas permukaan spesifik tinggi. Porositasnya 80%~99.9%, luas permukaan spesifiknya 200~1000m2/g, dan ukuran pori-porinya biasanya 1~100nm.
(3) Isolasi termal super. Struktur jaringan nano ramping aerogel secara efektif membatasi penyebaran eksitasi termal lokal, dan konduktivitas termal solid-state-nya 2~3 kali lipat lebih rendah daripada bahan kaca yang sesuai.
Prinsip isolasi termal aerogel
Pengurangan perpindahan termal: Jumlah nanopartikel yang tak terbatas dalam aerogel membentuk kerangka jala, dan panas hanya dapat mengalir sepanjang jumlah nanopartikel yang tak terbatas. Aliran panas hanya dapat dihantarkan sepanjang jumlah nanopartikel yang tak terbatas, sehingga menghasilkan jalur perpindahan panas yang hampir tak terbatas dalam benda padat. Perpindahan panas dalam benda padat dikurangi hingga ke tingkat serendah mungkin.
Penghambatan konveksi termal : Ukuran pori rata-rata aerogel adalah 20-40 nm, yang lebih kecil daripada jangkauan bebas rata-rata molekul gas sebesar 69 nm, dan molekul gas di dalam pori-pori kehilangan kemampuan untuk bergerak bebas, sehingga konveksi hampir tidak mungkin terjadi.
Pengurangan radiasi termal : Dinding pori yang dibentuk oleh nanopartikel dalam aerogel merupakan perisai inframerah, dan jumlah perisai yang tak terbatas sangat mengurangi radiasi termal.
(4) Katalisis. Ukuran partikel yang kecil, luas permukaan spesifik yang tinggi, dan kepadatan yang rendah dari aerogel membuat aktivitas dan selektivitas katalis aerogel jauh lebih tinggi daripada katalis konvensional, dan komponen aktif dapat tersebar sangat merata dalam pembawa, dan juga memiliki stabilitas termal yang sangat baik, yang secara efektif dapat mengurangi terjadinya reaksi samping.
(5) Isolasi suara. Sifat kecepatan suara rendah dari aerogel menjadikannya bahan yang ideal untuk penundaan akustik atau isolasi suara suhu tinggi. Rentang variabel impedansi akustik aerogel besar [103 ~ 107kg/(㎡-s)], yang merupakan bahan kopling resistansi akustik yang lebih ideal untuk detektor ultrasonik. Resistansi akustik keramik piezoelektrik yang digunakan untuk generator dan detektor ultrasonik adalah 1.5×107kg/(㎡-s), sedangkan resistansi akustik udara hanya 400kg/(㎡-s). Menggunakan aerogel silikon dengan ketebalan 1/4 panjang gelombang dan kepadatan sekitar 0.3g/cm³ sebagai bahan kopling resistansi akustik antara keramik piezoelektrik dan udara dapat meningkatkan intensitas suara hingga 30dB, meningkatkan efisiensi transmisi gelombang akustik dan mengurangi rasio sinyal terhadap derau dalam aplikasi perangkat.
(6) Kinerja penyaringan. Aerogel berstruktur nano juga dapat digunakan sebagai jenis baru bahan penyaringan gas yang sangat efisien. Karena luas permukaan spesifiknya yang sangat besar, aerogel disebut oleh para ilmuwan sebagai “spons super” dan ideal untuk menyerap polutan dalam air, menyedot timbal dan merkuri dari air, menjadikannya bahan yang sangat baik untuk menangani bencana ekologi.
(7) Sifat optik. Aerogel SiO₂ murni bersifat transparan dan tidak berwarna, dan indeks biasnya (1.006~1.06) sangat mendekati indeks bias udara, yang berarti bahwa aerogel SiO₂ hampir tidak memiliki pantulan cahaya yang masuk dan dapat secara efektif mentransmisikan sinar matahari. Oleh karena itu, dapat digunakan untuk membuat kaca isolasi dan kaca peredam bising.
Untuk informasi lebih lanjut atau Lembar Data Teknis & Lembar Data Keselamatan Bahan, silakan hubungi kami melalui email: [email protected] , atau hubungi kami melalui telepon di: +86-28-8411-1861.
Beberapa gambar dan teks direproduksi dari Internet, dan hak cipta dimiliki oleh penulis asli. Jika terjadi pelanggaran, silakan hubungi kami untuk menghapusnya.