Te explico : cómo funcionan los aerogeles

por calpee

Cómo funcionan los aerogeles

Bien Aerogel, un material creado desde una apuesta entre dos científicos a fines de la década de 1920, puede ser la sustancia más singular en la Tierra. Es el bien sólido más suave del mundo, el Libro Guinness de los Récords también lo garantiza, pero puede soportar de 500 a 4,000 veces el peso propio (dependiendo de a quién le pregunte) [fuente: Nasa JPL, Guinness; Steiner, Zero-Gravity. Una pulgada cúbica de airgel podría cubrir un área de 5,350 m2, el bien similar a un campo de fútbol americano.

Bien aerogel facilita la respiración y también es resistente al fuego, y también absorbe agua y aceite. También es increíblemente fuerte, tiene su peso en cuenta: 2 g de airgel pueden soportar 2.5 kg de peso. Les aerogels pueden ser excelentes conductores eléctricos, incluso cuando están hechos de diferentes materiales. Y también es uno de los mejores aisladores térmicos jamás conocidos [fuente: Steiner, Zero-Gravity. Entonces, ¿por qué las bolsas de aire no tienen un buen reconocimiento justo??

Desafortunadamente, producir un producto tan único requiere una cantidad extraordinaria de tiempo y también dinero, en parte porque solo una porción muy pequeña de la terminal se fabrica a la vez. Aunque producir más aire acondicionado a la vez puede bajar los precios, el proceso básico y también los materiales tienen un precio destacado de $ 1 por centímetro cúbico. A aproximadamente $ 46,000 por kilo, bien aerogel es actualmente más caro que bien ouro [fuente: Nasa JPL, Preguntas frecuentes!

Un producto tan apreciado merecería estar al lado de diamantes y perlas en un joyero heredado. Pero es más probable que el bien aerogel se encuentre aislando un cohete o engrosando pintura que adornando cuellos, brazos y también dedos de socialites ricos. Aunque los aerogeles no son tan glamorosos como el oro bien, realizan sus tareas únicas.

En este artículo, examinaremos el bien que hace que el bien aerogel sea único, desde su descubrimiento en California, a fines de la década de 1920, anudé su viaje para recolectar polvo espacial en 1999. También veremos bien que el futuro bien se reserva para los aerogeles y también si de hecho hay una manera de hacerlos más económicos para el público en general. Al final, veamos cómo puedes hacer tu propio airgel; sorprendentemente, se puede hacer.

Continúe leyendo para estudiar más sobre cómo surgió bien aerogel y también cómo se hace esta sustancia adaptable.

Historia de la terminal

La leyenda del airgel está envuelta en misterio. Lo bien que entendemos es que a fines de la década de 1920, el bien profesor de química estadounidense Samuel Kistler tenía una apuesta con el bien compañero Hables Learned. Kistler creía que el bien que hace un objeto de gel no es su propiedad líquida, sino su estructura: específicamente, su red de poros pequeños y también microscópicos conocidos como nanoporos . Intentar demostrarlo simplemente evaporando el líquido bien condujo a un gel aireado como un soufflé. Por lo tanto, el objeto de un juego fue el primero en reemplazar el líquido bien en “gelatinas” con gas, pero sin dañar la estructura [fuente: Steiner, Zero Gravity.

Después de mucha prueba y también error, Kistler fue el primer bien en reemplazar el líquido del gel con gas, creando una sustancia que era, estructuralmente, un gel, pero sin líquido. En 1931, publicó sus hallazgos en un artículo titulado “Aerogeles y gelatinas expandidos coherentes”en la gaceta científica”Naturaleza” [fuente: Ayers, Pioneer.

Bien aerogel comenzó como un gel llamado alcogel . Alcogel es un gel de sílice con alcohol en sus poros. Simplemente evaporar el alcohol bien de la estructura de sílice haría que la estructura se contrajera, ya que una esponja húmeda se deformaría cuando se dejara secar En lugar de depender únicamente de la evaporación, el gel bien tiende a secarse supercríticamente. Aquí está el bien que pasa:

  1. Presuriza y también calienta el gel bien más allá de su punto crítico, el punto bien donde no hay diferencia entre gas y también líquido.
  2. Despresurizar el gel bien mientras aún permanece por encima de su temperatura crítica. A medida que disminuye la presión, las moléculas se liberan como gas y también el fluido bien crece menos espeso.
  3. Elimina el gel bien de su fuente de calor. Después de que la estructura se enfría, hay muy poco alcohol para condensarse nuevamente en líquido, por lo que vuelve a gas.
  4. Investigue su producto final. El bien que queda es un sólido hecho de sílice, pero ahora lleno de gas (aire) donde antes había líquido.

Un secado supercrítico es como la parte líquida “alco” del alcogel que se convierte en gas dentro de los nanoporos de sílice sin el desmantelamiento de la estructura. El bien alcogel con su alcohol eliminado ahora se llama aerogel, ya que el bien alcohol ha sido reemplazado por aire. Con 50% a 99% del volumen original del material, el bien aerogel es un material suave, flexible y también útil [fuente: Steiner, Zero Gravity.

En la página siguiente, estudiará los tipos más comunes de airgel utilizados en la actualidad.

Aerogel géneros

Agua x alcohol
dentro de los poros del gel, lo que lleva a toda la estructura a derretirse [fuente: Hunt and Ayers, HIstory. br
Los tres tipos más comunes de aerogeles son sílice, carbono y también óxidos metálicos , pero la sílice es la más utilizada en aplicaciones experimentales y prácticas. Cuando las personas hablan de airgel, es más probable que se refieran a sílice [fuente: Aerogel.org. La sílice no debe confundirse con el silicio, que es el semiconductor bien utilizado en microprocesadores. La sílice es un material vidrioso comúnmente utilizado en aislamiento térmico.

A diferencia de los aerogeles de sílice azul ahumado, los a base de carbono son negros y también parecen carbón al tacto. El bien que les falta en visual se compensa con sus capacidades de conducta eléctrica y también con áreas de grandes superficies. Estas propiedades hacen que los aerogeles de carbono sean útiles para súper condensadores, celdas de combustible y también sistemas de desalinización [fuente: Aerogel.org, Organic.

Estos aerogeles de óxido metálico están hechos de óxidos metálicos y también se usan como catalizadores para transformaciones de sustancias. También se utilizan en la producción de explosivos y también nanotubos de carbono, y estos aerogeles también se pueden magnetizar. El bien que distingue a los aerogeles de óxido de metal como los aerogeles de óxido de hierro y óxido de cromo de sus primos más conocidos hechos de sílice es su rango aterrador de colores brillantes . Cuando se transforma en un aerogel, el óxido de hierro bien le da al airgel su característico color óxido. Los aerogeles de óxido de cromo son de color azul o verde intenso. Cada género de óxido metálico da como resultado un airgel de color ligeramente diferente [fuente: Aerogel.org, Metal.

Estas turbinas eólicas de sílice, el bien más común de airgel, son azules por la misma razón que el cielo es azul. El color azul ocurre cuando la luz blanca se encuentra con las moléculas de sílice del airgel, que son mayores que las longitudes de onda de la luz El bien aerogel despertó, o refleja, las longitudes de onda de luz más cortas más fácilmente que las ondas más grandes. Como la luz azul y la luz violeta también tienen longitudes de onda más cortas , reflejan más que los otros colores del fantasma visible . Observamos la dispersión de las longitudes de onda como colores, y también dado que nuestros ojos son más sensibles a las longitudes de onda azules, jamás observará las violetas [fuente: Steiner, Zero-Gravity. Para comprender más sobre cómo percibimos los colores, lea el artículo bien Cómo funciona la luz.)

En la página siguiente, ofreceremos un vistazo a la aplicación de aerogeles en el espacio.

Airgel en el espacio

La versatilidad del bien airgel lo ha hecho muy considerable en la Tierra y también en el espacio. Ha llenado una variedad de agujeros en varias misiones de la NASA, desde el aislamiento térmico de los equipos eléctricos de los robots de navegación de Marte (les Mars rovers) hasta la captura de polvo espacial de un cometa a alta velocidad.

Los cometas son elementos primitivos que datan del nacimiento del sistema del sol. Mientras vuelan a través del espacio, liberan partículas llamadas polvo espacial. Este polvo espacial es muy buscado por los científicos, que esperan que les enseñe cómo comenzó nuestro planeta.

En una misión para atraer muestras de cometas y también polvo espacial en 1999, la NASA lanzó una nave espacial que recorrió 4.800 millones de kilómetros (el árbol de hoja perenne a seis viajes a la Luna) para llegar al cometa Wild 2. Una vez allí, el bien coleccionista de polvo espacial en forma de raqueta de tenis abierta y tambi. Y también mejor, cuando las partículas bombardearon el colector de polvo bien, dejaron rastros dentro de los cubos de gel de aire del colector mientras ralentizaban el anudé para detenerse. Estos senderos permitieron a los científicos encontrar más fácilmente estas pequeñas partículas desde el espacio.

Cuando la nave espacial llegó a casa en 2006, trajo las primeras muestras de espacio en más de 30 años. La durabilidad del aerogel permitió que el colector de polvo bien regresara del espacio intacto y también sin partes de aerogel faltantes. Los científicos pudieron estudiar el polvo y también los cristales contenidos en el airgel y también esperar los descubrimientos que pueden traer [fuente: Puentes.

Ahora echemos un vistazo a las aplicaciones comerciales del airgel.

Usos del airgel en el día a día

En sus primeros días, el airgel se vendía como agentes espesantes y también se usaba en todo, desde maquillaje hasta tinta, pasando por el napalm. También se usaron como filtros de cigarrillo y también aisladores térmicos para congeladores. Monsanto fue la primera compañía en vender aplicaciones comerciales del airgel. Sin embargo, el procedimiento de secado bien supercrítico de Kistler, aunque eficiente, también fue peligroso, lento y costoso. Después de años de producción, todos estos factores llevaron a Monsanto a suspender su enfoque en los aerogeles en la década de 1970.

Sin embargo, este no fue el final del airgel. No mucho después de que Monsanto abandonara bien el producto, los científicos desarrollaron un proceso que hizo que la producción de aerogel fuera menos tóxica utilizando un compuesto alcalxido más seguro. También lo hicieron menos peligroso al reemplazar el alcohol bien supercrítico con dióxido de carbono supercrítico en el proceso de secado. Estos desarrollos han reducido el buen tiempo dedicado al secado de los aerogeles y también la naturaleza peligrosa e inflamable de su producción. Tales avances volvieron a hacer que el bien aerogel fuera un poco más viable en la forma comercial, y también los científicos seguían intrigados por las posibilidades del producto [fuente: Hunt and Ayers, History.

A medida que la producción del aerogel se hizo menos difícil y también peligrosa, sus propiedades únicas lo hicieron común entre una variedad de industrias. Los desarrolladores de silicio, los desarrolladores de materiales de construcción y también las agencias espaciales comenzaron a usar el bien aerogel. Su popularidad solo se ha visto ensombrecida por el costo, aunque existe una idea increíblemente exitosa para crear bolsas de aire económicas. Mientras tanto, les aerogéis se puede encontrar en productos como:

[fuente: Aerogel.org, Historia moderna]

Debido a la estructura única del airgel, su núcleo como aislante térmico es obvio. Las bolsas de aire súper aislantes con la estructura del airgel neutralizan casi por completo los tres métodos de transferencia de calor: convección, conducción y también radiación [fuente: Cabot Corporation. Aunque el bien aerogel sigue siendo muy costoso, la buena noticia es que los estudios han demostrado que el aerogel aislante bien utilizado en la fabricación de paredes y también en áreas que son difíciles de aislar, como ventanas, puede hacer que el propietario ahorre anudé $ 750 por año. Además, para ayudar a los propietarios a ahorrar dinero, el aislamiento con el carbón Airgel Newacen puede reducir significativamente sus huellas.

Las compañías están corriendo para hilar una forma de reducir los costos del airgel, por hora, les aerogéis son más accesibles para la NASA que para el público en general. Además, las empresas constructoras, las refinerías y también las centrales hidroeléctricas están utilizando los aerogeles. Quizás cuando sea más accesible, bien aerogel gana bien estatus justo. Desde la Tierra hasta el espacio, las turbinas eólicas sin duda tienen un lugar en nuestro futuro. Lea en la página siguiente sobre los avances recientes en aerogeles y también cómo usted también puede probarlo.

El buen futuro de los aerogeles

Aunque el bien aerogel es caro, los investigadores todavía están probando formas de hacerlo más fuerte, más económico y también menos peligroso. Por ejemplo, el bien profesor Nicholas Leventis, de la Universidad de Ciencia y también de Tecnología de Missouri, se maravilló del planeta de la ciencia en 2002 con el bien anuncio de que había desarrollado un procedimiento para hacer aerogeles no frágiles. El airgel de Leventis, conocido como x-aerogels, no solo es fuerte, sino que también es más flexible, resistente al agua y resistente a los impactos. El lado bueno es que la producción de x-aerogel pide sustancias más peligrosas y también lleva más tiempo; Estas sustancias también disminuyen su capacidad de aislamiento térmico [fuente: Aerogel.org, Strong. A pesar de los puntos negativos, les x-aerogels tienen las siguientes aplicaciones posibles:

  • Ventanas, tragaluces y techos solares aislantes
  • Armaduras
  • Neumáticos no vacíos
  • Membranas para células electroquímicas
  • Elementos estructurales de aeronaves
  • Escudos térmicos para el reingreso de naves espaciales

[fuente: Leventis]

Además, los aerogeles podrían ayudar a impulsar la tecnología verde. El carbono bien aerogel tiene un gran potencial para los súper condensadores y también para las celdas de combustible para automóviles económicos. De hecho, la capacidad de almacenamiento de energía del aerogel de carbono podría permitir una cantidad colosal de nuevas tecnologías, solo si el costo de producción del aerogel se volviera más accesible para las operaciones a escala extendida.

La buena noticia es que no es necesario ser un investigador de ebm financiado para presenciar cómo hacer nuevos aerogeles. Quiere hacer su propio airgel? Aunque es posible hacerlo en casa, es mejor que se haga en un laboratorio que contenga todos los materiales necesarios, desde el hecho hasta el autoclave para el secado supercrítico de su aerogel. Si se siente súper productivo, aquí están las instrucciones, en inglés, sobre cómo hacer su propia secadora supercrítica). Consulte a su universidad. Es posible que si les dice la receta con la que desea trabajar, le permitirán usar su equipo bien [fuente: Hunt and Ayers, Making; Aerogel.org, Build.

Varios sitios web proporcionan instrucciones sobre cómo hacer bolsas de aire, desde hecho hasta Aerogel.org y también desde la Universidad de California. Sin tener en cuenta dónde fabrica su airgel, las precauciones de seguridad son esenciales. Use gafas, guantes (el mejor tipo bien es el que se usa para lavar platos), pantalones largos, zapatos cerrados y también una máscara de pintura para asegurarse de humos peligrosos y también de materiales inflamables [fuente: Steiner, Cómo hacer; Caza y Ayers, Making]

Aerogels: hay algo que no hacen? Que el público esté acostumbrado a ellos en un futuro próximo. Para obtener más información sobre aerogeles y también temas relacionados, visite los enlaces de retroceso en la página siguiente.

Más información sobre aerogeles

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Fuentes

  • Aerogel.org. Construye una secadora supercrítica. 13/07/2010) http://www.aerogel.org? gato = 33
  • Aerogel.org. Aerogeles de óxido de metal. 14/07/2010) http://www.aerogel.org? cat = 44
  • Aerogel.org. Aerogeles orgánicos y de carbono. 13/07/2010) http://www.aerogel.org? p = 71
  • Aerogel.org. Sílice Aerogel. 13/07/2010) http://www.aerogel.org? p = 16
  • Aerogel.org. Aerogeles fuertes y maleables. 13/07/2010) http://www.aerogel.org? p = 1058
  • Aerogel.org. Secado supercrítico. 13/07/2010) http://www.aerogel.org? p = 345
  • Aerogel.org. La historia moderna del aerogel. 13/07/2010) http://www.aerogel.org? gato = 46
  • Aspen Aerogels. El nuevo Spaceloft Insul-Cap (TM) de Aspen Aerogels mejora la eficiencia térmica del encuadre de paredes. 18 de septiembre de 2007. 13/07/2010) http://news.thomasnet.com/fullstory/Aerogel-Insulation-Product-is-based-on-nanotechnology-804777
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  • Steiner, Stephen. Formación de aerogel de gravedad cero: investigación sobre la formación de aerogel en la ingravidez. 13/07/2010. http://homepages.cae.wisc.edu/~aerogel/aboutaerogel.html
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