Aerojel, yüksek poröziteli amorf malzemeler sınıfıdır;
bunlar, 4-10 nm karakteristk boyutlu nanoelementler içeren bulk (kütle)
makroyapılardır. Aerojel bir jelin, sıvı komponentinin bir gaz ile
değiştirilmesiyle elde edilir.
Amorf oksit bazlı tipik aerojeller arasında silikon dioksit (SiO2),
aluminyum oksit (Al2O3) ve Cr, Sn, W, Fe, Li, Na, Ca, Mg,
Ba, Sb, Te, Ni, Ge, Zn, Mn (ve diğer) elementlerin oksitleri sayılabilir.
Ayrıca karbon nanotüp aerojeller de vardır.
SiO2-bazlı aerojel, nanopartiküller (~4 nm boyut)
ağ-yapıya benzeyen dallanmış üç-boyutlu bir clusterdir. Clusterler (kümeler)
arasındaki boşluk havayla doldurulmuştur; boşlukların karakteristik boyutu
(~100 nm) cluster boyutundan onlarca kez daha büyük olduğundan malzeme çok
hafiftir. SiO2 bazlı aerojeller genellikle, tetraetilortosilikatın
etil alkollü ortamda (Si(OCH2CH3)4) suyla
reaksiyonuyla oluşan jelden hazırlanır. Jel bir otoklavda süperkritik sıcaklık
ve basınçlarda tutularak içerdiği etanol uzaklaştırılır.
Al2O3-bazlı aerojeller,
galyum-aluminyum veya kurşun-alumintum ergiyiklerin seçici oksidasyonuyla elde
edilir. Aynı metot diğer metallerin amorf yüksek disperditeli oksitlerini elde
edilmesinde de uygulanabilir.
Karbon aerojeller, birbirlerine kovalent bağlarla bağlanmış
nanopartiküllerden oluşur. Bunlar elektrik iletken malzemelerdir ve büyük iç
yüzey alanları (800 m2g-1 değerine kadar) nedeniyle süperkapasitorlerin
üretiminde kullanılırlar.
Aerojellerin önemli özellikleri arasında, düşük yoğunluk
(0.002-0.25 g cm-3), yüksek spesifik yüzey alanı, yaşlanmaya
dayanıklılık ve yüksek sorpsiyon (NO, NO2, CO, CO2,
doymamış hidrokarbonları etkili bir şekilde absorplar) özellikleri sayılabilir.
Farklı kompozisyonlardaki aerojeller ısı ve elektrik izolalasyon malzemeleri,
hibrid organo-inorganik kompozitlerde nanodispers katkı maddeleri, katalist taşıyıcılar
ve sorbentler, ve nanofiltreler olarak kullanılır.
Örnek: Silika bazlı aerojel hazırlanması için
tetraetilortosilikata (TEOS) 4-30 misli su ilave edilir ve etil alkollü ortamda
reksiyona sokulur.
Si (OCH2CH3)4 (sıvı) + 2(H2O) (sıvı) ® SiO2 (katı) + 4(HOCH2CH3) (sıvı)
Si (OCH2CH3)4 (sıvı) + 2(H2O) (sıvı) ® SiO2 (katı) + 4(HOCH2CH3) (sıvı)
Son ürünün yoğunluğu
çözeltideki silikon alkoksit monomerlerin konsantrasyonuna bağlıdır.
Jelleşmeden sonra reaksiyonun tamamlanması için jel solvent içinde 48 saat
dinlendirilir, alkojel elde edilir. Alkojele süperkritik kurutma uygulanarak bu
reaksiyonda son ürünler olan aerojel ve kserojel elde edilir.
Aerogel hazırlama prosesi
