O aerogel é um material sintético sólido e
poroso derivado de um gel, no qual o componente líquido do gel é
substituído por gás. O resultado é um sólido de baixíssima densidade e
condutividade termal. Devido às suas propriedades, ele também é chamado
de "fumaça congelada", "ar sólido" ou "fumaça azul", principalmente
devido à sua natureza
transluzente e a forma como a luz se espalha pelo material, apesar de
se assemelhar ao poliestireno expandido (isopor) quando tocado.
Esse material foi criado pela primeira vez por Samuel Stephens Kistler, em 1931, como resultado de um desafio
com um amigo para ver quem conseguiria substituir o líquido das geleias
por gás, sem causar contração ou qualquer diminuição que fosse. O
aerogel é produzido por extração do componente líquido de um gel,
através de uma secagem supercrítica. Isso permite que o líquido seja
secado lentamente, sem causar o colapso na matriz sólida do gel, como
aconteceria com o processo de evaporação convencional. Os primeiros
aerogéis foram produzidos a partir de gel de sílica. Os últimos projetos
de Kistler foram baseados em alumina, óxido de cromo e dióxido de
estanho. Aerogéis de carbono foram desenvolvidos no final dos anos 1980.
Apesar de seu nome, o aerogel é um material perfeitamente
sólido, rígido e seco que não se assemelha de jeito algum a um gel em
suas propriedades físicas; o nome vem do fato de que eles são feitos de
gel. Pressionando suavemente um aerogel normalmente não deixa uma marca
sequer, mas uma pressão mais forte resultará numa depressão permanente.
Pressionar o material com força extrema causará um colapso na sua
estrutura, fazendo com que quebre como vidro, que é uma propriedade
conhecida como friabilidade, embora os modelos mais modernos não sofram
com isso. Apesar da sua grande potencialidade de quebrar, o aerogel é
muito forte estruturalmente. A sua capacidade de carga é impressionante
devido à microestrutura dendrítica, em que partículas esféricas são
fundidas em aglomerados. Estes conjuntos formam uma estrutura
tridimensional altamente porosa de cadeias quase fractais. O tamanho
médio e a densidade dos poros pode ser controlado durante o processo de
fabricação.
Os aerogéis são ótimos isolantes térmicos, por serem capazes
de anular totalmente duas das três formas de transferência de calor
(por convecção e condução), sendo incapaz de isolar apenas a radiação.
Eles são bons isolantes porque são constituídos quase que inteiramente
por gás, e os gases são muito ruins em condução de calor. O aerogel de
sílica é particularmente bom porque a sílica também é um mau condutor de
calor (um aerogel metálico é, por outro lado, menos eficaz). Eles são
bons inibidores de convecção, pois o ar fica incapaz de circular por
suas grades. Os aerogéis não são capazes de isolar a radiação, pois a
radiação infravermelha, capaz de transferir calor, consegue passar
através da sua estrutura.
Devido à sua natureza higroscópica, o aerogel fica extremamente seco,
e atuando como um forte absorvedor de umidade. Pessoas que manuseiam o
aerogel por períodos prolongados de tempo devem usar luvas para evitar o
aparecimento de manchas na pele. A suave cor azul que tem é devido à
Dispersão de Rayleigh dos comprimentos de onda mais curtos de luz
visível pela estrutura dendrítica. Isso faz com que ele apareça azul
esfumaçado quando colocado sobre fundos mais escuros.
Há várias aplicações nas quais os aerogéis podem ser usados:
Comercialmente, os aerogéis são usados em forma granular para adicionar isolamento para claraboias.
O aerogel de sílica transparente é muito adequado como um material de
isolamento térmico para janelas, limitando significativamente as perdas
térmicas de edifícios. Mas para isso, ele deve ser fabricado de uma
forma particular para diminuir os afeitos da Dispersão de Rayleigh.
Sua área de superfície elevada pode ser usada em muitas aplicações,
tais como absorção química para limpeza de derramamentos. Essa
propriedade também lhe confere grande potencial como catalisador ou como
suporte da catálise.
Partículas de aerogel também são usadas como agentes espessantes em algumas tintas e cosméticos.
Os aerogéis baseados em sílica não são conhecidos pelos seus efeitos
cancerígenos ou tóxicos. No entanto, eles podem causar uma irritação
mecânica aos olhos, pele, sistema respiratório e digestivo. Pequenas
partículas de sílica podem potencialmente causar silicose quando
inalado. Eles também podem induzir à secura da pele, dos olhos e das
membranas mucosas. Portanto, recomenda-se o uso de equipamentos de
proteção, incluindo proteção respiratória, luvas e óculos sempre que se
lidar com o aerogel.
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