Aerogel ist eine ungewöhnliche Schöpfung menschlicher Hände. Allgemeine Informationen zur Aerogel-Aerogel-Gewinnung

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Aerogel ist eine Klasse von Materialien, bei denen es sich um ein Gel handelt, bei dem die flüssige Phase vollständig durch eine gasförmige Phase ersetzt wird, wodurch die Substanz eine rekordverdächtig niedrige Dichte aufweist, die nur eineinhalb Mal höher als die Dichte von Luft ist eine Reihe weiterer einzigartiger Eigenschaften: Härte, Transparenz, Hitzebeständigkeit, extrem niedrige Wärmeleitfähigkeit und keine Wasseraufnahme.

Aerogel, was ist das für ein Material?

(von lateinisch aer – Luft und gelatus – gefroren) – eine Klasse von Materialien, bei denen es sich um ein Gel handelt, bei dem die flüssige Phase vollständig durch eine gasförmige Phase ersetzt wird, wodurch die Substanz eine rekordverdächtige niedrige Dichte aufweist, nur eins und ein Halbfache Dichte von Luft und eine Reihe weiterer einzigartiger Eigenschaften: Härte, Transparenz, Hitzebeständigkeit, extrem niedrige Wärmeleitfähigkeit und mangelnde Wasseraufnahme.

Oft Aerogel Wegen seines Aussehens wird er „gefrorener Rauch“ genannt. Im Aussehen ähnelt es ein wenig gefrorenem Rauch. Zum Anfassen Aerogelähnelt einem leichten, aber harten Schaum, so etwas wie Polystyrolschaum.

Stellt ein baumartiges dar Netz von geclustert Nanopartikel 2-5 nm groß, fest miteinander verbunden. Dieser Rahmen nimmt einen kleinen Teil des Volumens von 0,13 bis 15 % ein, der Rest sind Poren.

Aerogele gehören zur Klasse der mesoporösen Materialien.

Aerogele sind weit verbreitet unterschiedlicher Natur: sowohl anorganisch – basierend auf amorphem Siliziumdioxid (SiO 2), Aluminiumoxid (Al 2 O 3), Graphen (genannt Aerographen), Graphit (genannt Aerographit) sowie Chrom- und Zinnoxiden, als auch organisch – basierend auf Polysacchariden, Silikon , Kohlenstoff. Je nach Basis weisen Aerogele unterschiedliche Eigenschaften auf. Es gibt jedoch welche allgemeine Eigenschaften, charakteristisch für die gesamte Klasse dieses Materials.

Als Wärmeisolator wird es in Form von Matten und Rollen hergestellt.

Eigenschaften und Vorteile von Aerogel:

– hohe Porosität. 99,8 % bestehen aus Luft,

– hat einen Rekord für die niedrigste Dichte von Feststoffen – 1,9 kg/m³, das ist 500-mal weniger als die Dichte von Wasser und nur 1,5-mal mehr als die Dichte von Luft (Quarz-Aerogele),

– ein einzigartiger Wärmeisolator. Hat eine geringe Wärmeleitfähigkeit – λ = 0,013 ~ 0,019 W/(m·K) (in normaler Luft). Luftdruck) geringer als die Wärmeleitfähigkeit von Luft (0,024 W/(m K) (Quarz-Aerogele). Als Isolierung ist es 2-5 mal effektiver als herkömmliche Isolierung,

– Schmelzpunkt ist 1200°C (Quarz-Aerogel),

– Aerogel ist ein langlebiges Material. Es hält einer Belastung des 2000-fachen seines Eigengewichts stand,

– hat einen niedrigen Elastizitätsmodul,

– komprimiert nicht, ist verformungsbeständig, hat eine hohe Zugfestigkeit,

– Die Sist am höchsten niedriger Wert Für hartes Material, was beim Erstellen ein wichtiger Vorteil ist Schallschutzmaterialien. Die Schallgeschwindigkeit darin ist geringer als die Schallgeschwindigkeit in Gasen,

– Einige Arten von Aerogelen sind hervorragende Sorptionsmittel. Sie sind 7–10 Mal wirksamer als gängige moderne Sorptionsmaterialien.

– ist eine stabile poröse Substanz. Das Porenvolumen im Inneren des Aerogels ist um ein Vielfaches größer als das vom Material selbst eingenommene Volumen. Diese Liegenschaft ermöglicht die Verwendung von Aerogel einer bestimmten Zusammensetzung als Katalysator in chemischen Prozessen, um zu erhalten organische Verbindungen. Andererseits kann sein großes Innenvolumen zur sicheren Lagerung bestimmter Substanzen wie Raketentreibstoff, Oxidationsmittel usw. genutzt werden.

– ausgezeichnete Hydrophobie. Nimmt keine Feuchtigkeit auf

– hat eine hohe Hitzebeständigkeit und Hitzebeständigkeit. Hat eine breite Arbeitsfläche Temperaturbereich Einsatzbereich – von -200 °C bis +1000 (1200) °C. Bewahrt die Wärmedämmung und mechanische Eigenschaften wenn es auf mindestens 1000°C erhitzt wird,

- Ist nicht brennbares Material. Kann auch zum Brandschutz verwendet werden verschiedene Designs,

– transparent (Quarz-Aerogel). Es hat einen Lichtbrechungsindex von 1,1 bis 1,02. Es kann daraus hergestellt werden Verschiedene Arten Glas,

– hat genug hohe Härte,

– Haltbarkeit,

– umweltfreundlich und sicher für Mensch und Umfeld,

– hat ein großes spezifisches Gebiet Innenfläche. Es beträgt etwa 300-1000 m 2 /g,

– chemische Zusammensetzung Aerogel kann angepasst werden, seiner Zusammensetzung können problemlos verschiedene Zusatzstoffe hinzugefügt werden, was neue Anwendungsmöglichkeiten eröffnet,

– beständig gegen Säuren, Laugen, Lösungen,

– gleichzeitig ist es ein fragiles Material.

Anwendung von Aerogel:

- V wissenschaftliche Forschung auf dem Gebiet der Kernphysik,

– zur Schalldämmung,

– zur Wärmedämmung von Gebäuden, Bauwerken, Lagerhallen, Kühlschränken, Ölpipelines, Rohren, anderen Gegenständen und Geräten,

– zum Brandschutz,

Aerogel-Innovationen:

Wissenschaftler haben ein Konzept vorgeschlagen Terraforming einzelner Planetenregionen : Mars, Mond, Venus usw. durch die Schaffung künstlicher Kuppeln oder Bildschirme aus der Schicht

Wenn die Energiekosten steigen, steigt die Notwendigkeit, diese effizienter zu nutzen. Es wird geschätzt, dass 40 % der von uns verbrauchten Energie für die Beheizung unserer Häuser aufgewendet wird. Mehr als 30 % dieser Energie gehen durch Wände (im Bauwesen). dieser Prozess sogenannte Wärmebrücke).

Basierend auf der von der NASA entwickelten Technologie, der am stärksten isolierenden Technologie vorhandene Materialien Die Marke Thermablok hat ein erstaunliches Produkt geschaffen, das in der Bauindustrie nachgefragt werden kann. Aerogel, auch „gefrorener Rauch“ genannt, war aufgrund seiner fragilen Struktur schwierig für eine breite Anwendung zu adaptieren. Das patentierte Material von Thermablok enthält jedoch einzigartige Fasern, die es ihm ermöglichen, sich zu biegen und zu komprimieren und gleichzeitig seine erstaunlichen Isoliereigenschaften beizubehalten.

Laut Wissenschaftlern des Oak Ridge Laboratory des US-Energieministeriums erhöht nur ein Streifen Aerogel (6,25 mm x 38 mm), der entlang jedes Profils aufgetragen wird, bevor eine Wand mit Gipskartonplatten ummantelt wird, die Isolierfähigkeit von Wänden um mehr als 40 %.

Das Thermablok-Material wurde vom Forschungsunternehmen Acoustiblok(R) entwickelt. Mark Nothstein, der die Forschungsanstrengungen leitet, erklärte: „ Feststoffe Natürlich leiten sie Wärme besser als Luft oder Vakuum. So kann in der Wand auf Holz-bzw Metallprofile Es sind die Profile, die an der Wärmeübertragung beteiligt sind und die beiden Seiten der Wand mechanisch verbinden. Die thermische Analyse zeigt, dass es sich bei den Profilen um Leitungspunkte handelt. Da Thermablok(TM)-Aerogel zu 95 % aus Luft besteht und sich zwischen Profil und Trockenbauwand befindet, verhindert es mechanischen Kontakt (Wärmebrücke).

Die NASA entwickelt seit mehreren Jahren Aerogel-Isolierungstechnologie und nutzt sie in Raumfähren, Raumanzügen und anderen fortschrittlichen Anwendungen, einschließlich der neuesten Mission zum Mars. Diese Technologie ist ein potenzieller Durchbruch auf diesem Gebiet rationelle Nutzung Energie und Bau energieeffizienter Gebäude.

Der Präsident und Gründer von Acoustiblok, Lachni Johnson, ist inspiriert, ein neues Produkt zu entwickeln, das eine Erweiterung des bereits etablierten umweltfreundlichen Acoustiblok-Produkts des Unternehmens darstellt. Johnson ist stolz darauf, dass sein Unternehmen Produkte herstellt, die nicht nur umweltfreundlich, sondern auch energieeffizient sind. „Die Einsatzmöglichkeiten des Materials sind endlos“, sagt er, „sowohl im traditionellen Bauwesen als auch zum Schutz.“ Privatsphäre aufgrund seiner akustischen Eigenschaften.“

Vorteile des Thermablok-Materials:

• senkt die Energiekosten,
• völlig unterworfen Wiederverwendung,
• enthält keine Stoffe, die die Ozonschicht zerstören,
• mehr als 30 % aus recycelten Materialien hergestellt,
• Verbundwerkstoff, mehr als 95 % bestehend aus Luft,
• wasserabweisend, unempfindlich gegen Feuchtigkeit, Schimmel oder Wasser,
• einfach zu kleben,
• Im Brandfall lässt es sich leicht mit Wasser löschen,
• wirtschaftlich,
• wiegt praktisch nichts und erfordert keine großen Transportkosten,
• fördert die Schalldämmung,
• langlebig, da es nicht mit der Luftfeuchtigkeit reagiert,
• hergestellt in den USA.

Aerogel ist eine sehr ungewöhnliche Kreation menschliche Hände, ein Material, das aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften mit 15 Positionen im Guinness-Buch der Rekorde ausgezeichnet wurde. Der Name „Aerogel“ kommt von zwei Lateinische Wörter Luft – Luft und Gelatus – gefroren. Daher wird Aerogel oft als „gefrorener Rauch“ bezeichnet.

Allerdings gem Aussehen Das Aerogel ähnelt wirklich gefrorenem Rauch. Aerogel ist ein ungewöhnliches Gel, in dem es keine flüssige Phase gibt, sondern vollständig durch eine gasförmige Phase ersetzt wird, wodurch die Substanz eine rekordverdächtig niedrige Dichte, nur das Eineinhalbfache der Luftdichte und eine Reihe anderer einzigartiger Eigenschaften aufweist Eigenschaften: Härte, Transparenz, Hitzebeständigkeit usw. Aerogel ist auch deshalb überraschend, weil es zu 99,8 % aus ... Luft besteht!
Die Entstehungsgeschichte von Aerogel ist noch nicht vollständig geklärt. Es ist nur bekannt, dass der amerikanische Wissenschaftler Samuel Kistler es Ende der zwanziger oder dreißiger Jahre des letzten Jahrhunderts am College of the Pacific in Stockton (Kalifornien) als Erster erhielt. Wird in der wissenschaftlichen Forschung, wie es manchmal vorkommt, fast zufällig als Nebenprodukt der Kristallisation von Aminosäuren in überkritischen übersättigten Flüssigkeiten gewonnen. Dem Wissenschaftler gelang die Herstellung eines Aerogels, indem er die Flüssigkeit in einem normalen Gel durch Methanol ersetzte. Anschließend wurde das Gel unter hohem Druck auf 240 Grad (kritische Temperatur für Methanol) erhitzt. Zu diesem Zeitpunkt verließ Methanolgas das Gel, aber das Volumen des dehydrierten Schaums nahm nicht ab. Dadurch entstand ein leichtes, feinporöses Material, später Aerogel genannt. Als offizielles Erscheinungsdatum des neuen Materials gilt das Jahr 1931, der Zeitpunkt der Veröffentlichung eines Artikels darüber in der Zeitschrift Nature. Auch der Ursprung des Begriffs „Aerogel“ ist unbekannt. Es bleibt ein Rätsel, ob Kistler es selbst in unsere Rede eingebracht hat oder den Hinweis seiner Kollegen genutzt hat. Das erste Aerogel wurde von einem Wissenschaftler aus Quarz gewonnen. Anschließend lernten sie, dieses Material aus Metalloxiden herzustellen. organische Substanz und viele andere Ausgangszutaten.
Aerogele sind in ihrer Struktur ein baumartiges Netzwerk aus Partikeln mit einer Größe von 2–5 Nanometern, die zu homogenen Gruppen (Clustern) und luftgefüllten Poren mit einer Größe von bis zu 100 Nanometern zusammengefasst sind. Äußerlich ähnelt Aerogel am ehesten einem transparenten oder durchscheinenden gefrorenen Seifenschaum. Mit bloßem Auge betrachtet erscheint Aerogel als feste, homogene Substanz, was es von porösen Medien wie verschiedenen Schäumen unterscheidet. Außerdem fühlt sich das Aerogel bei Berührung wie gefrorener Schaum an. Das ist genug langlebiges Material- Das Aerogel hält einer Belastung des 2000-fachen seines Eigengewichts stand. Beispielsweise hält ein kleiner Block Aerogel mit einem Gewicht von 2,38 g problemlos einem Ziegelstein mit einem Gewicht von 2,5 kg stand!

Quarzaerogele sind ein sehr guter Wärmeisolator. Der Prozess zur Herstellung von Aerogelen ist komplex und arbeitsintensiv. Erstens: Verwenden chemische Reaktionen, das Gel polymerisiert. Dieser Vorgang dauert mehrere Tage und das Ergebnis ist ein geleeartiges Produkt. Anschließend wird dem Gelee mit Alkohol das Wasser entzogen. Seine vollständige Entfernung ist der Schlüssel zum Erfolg des gesamten Prozesses. Der nächste Schritt ist die „überkritische“ Trocknung. Es wird in einem Autoklaven bei hohem Druck und hoher Temperatur hergestellt, wobei Kohlendioxid verflüssigt wird. Die anwendungsbezogene Nutzung von Quarzaerogel als Isolationsmaterial begann in den vierziger Jahren des 20. Jahrhunderts. Berühmtes Unternehmen Monsanto hat dieses Produkt im Rahmen einer Lizenzvereinbarung mit Kistler hergestellt. Aufgrund ihrer hohen Kosten waren Aerogel-Wärmeisolatoren jedoch nicht weit verbreitet und die Produktion wurde in den siebziger Jahren eingeschränkt. Erst am Ende des letzten Jahrhunderts wurden Aerogele von der Menschheit wieder in großem Umfang eingesetzt, vor allem in der Raumfahrtindustrie. Es war das Aerogel, das sich durchsetzte das wichtigste Element Array-Catcher, mit dem die Raumsonde Stardust Millionen winziger Partikel aus dem Schweif des Kometen Wild 2 einfing und den Lander mit diesen Proben zur Erde brachte. Unter den verschiedenen von der Sonde eingefangenen Partikeln wurden übrigens Spuren von Glycin gefunden, der wichtigsten Aminosäure für die Proteinbildung. Für Wissenschaftler, die die Theorie des außerirdischen Ursprungs des Lebens teilen, wurde dieser Fund zum indirekten Beweis dafür, dass sie Recht hatten.
Das Aerogel soll als einzigartiger Wärmeisolator in in den USA hergestellten Raumanzügen verwendet werden, die für das Marsprojekt der NASA entwickelt wurden. Die NASA kündigte außerdem die Verwendung von Aerogel als Hitzeschild für neue Shuttle-Modelle an. Auch in der Mikroelektronik sind Aerogele vielversprechend. Vor allem aufgrund der Tatsache, dass sie die niedrigsten Dielektrizitätskonstanten aufweisen. Die Verwendung von Aerogelen als Isolierschichten in Mehrschichtsystemen Leiterplatten wird die Leistungsfähigkeit der Elektronik deutlich steigern. Im Jahr 2007 stellten amerikanische Chemiker die von ihnen entwickelten Aerogele vor, die als Filter zur Reinigung von Wasser dienen können schädliche Verunreinigungen, wie Quecksilber, Blei und andere giftige Schwermetalle. Bisher ist die Produktion dieser Materialien recht begrenzt hoher Preis, Weil Die Filter enthalten Platin, aber wenn ein Ersatz dafür in Form eines günstigeren Analogons gefunden wird, können die neuen Reinigertypen die Gewässer des Planeten von Schwermetallen befreien. Darüber hinaus weisen neue Aerogele Halbleitereigenschaften auf und können daher in Photovoltaikzellen und anderen optoelektronischen Geräten eingesetzt werden.

Quarzaerogel ist, wie bereits erwähnt, ein einzigartiger Wärmeisolator. Es hält Temperaturen von bis zu 500 Grad Celsius stand und eine 2,5 cm dicke Schicht reicht aus, um die menschliche Hand davor zu schützen direkte Auswirkung Lötlampe. Es gibt verschiedene Arten von Aerogelen mit einem Schmelzpunkt von bis zu 1200 °C. Die Eigenschaften von Arogelen hängen weitgehend davon ab Quellenmaterial, aus dem sie hergestellt werden. Es gibt Aerogele aus Aluminiumoxid (mit Zusatz von Aluminiumoxid), Siliziumdioxid sowie Zinn- und Chromoxid. In jüngerer Zeit wurden Aerogele auf Kohlenstoffbasis hergestellt. Als Katalysatoren kommen Aerogele zum Einsatz. Die NASA testet derzeit Aluminiumoxid-Aerogele, die seltene Elemente enthalten – Gadolinium und Terbium. Diese Aerogele werden als Hochgeschwindigkeits-Kollisionsdetektoren verwendet. Einige transparente Aerogelarten werden von Wissenschaftlern als Ersatz in Betracht gezogen Fensterglas. Schließlich ist der Brechungsindex von Aerogelen viel niedriger als der von Glas (1,05 gegenüber 1,5). Der Wissenschaft ist es bereits gelungen, die anfängliche Fragilität dieses vielversprechenden Materials zu überwinden; jetzt sind elastische und flexible Aerogele verfügbar. Auf der Tagesordnung steht die Frage, die Produktionskosten auf Grenzen zu senken, die eine Nutzung im großen Maßstab rentabel machen. Aerogele werden oft als das Material des 21. Jahrhunderts bezeichnet. Ob dem so ist, werden wir bald sehen.

Aerogel ist extrem leichtes Material mit sehr geringer Dichte und geringer Wärmeleitfähigkeit. Es ist durchscheinend, fühlt sich aber gleichzeitig ziemlich hart an. Typischerweise werden Aerogele mithilfe eines überkritischen Trocknungsprozesses hergestellt. Um Ihr eigenes Aerogel herzustellen, müssen Sie also einen Trocknungsapparat für eine solche Trocknung bauen. Es gibt Möglichkeiten, Aerogele ohne ein solches Gerät herzustellen, diese sind jedoch weniger zuverlässig und das Material ist dichter. In diesem Artikel finden Sie Informationen zu beiden Methoden der Aerogel-Herstellung.

Schritte

Teil 1

Schauen Sie sich das Diagramm des überkritischen Trockners oben an. Nachfolgend finden Sie Anweisungen dazu Selbstmontage so ein Gerät.

• Das Diagramm stammt von der folgenden Webseite: http://www.aerogel.org/wp-content/uploads/2009/02/manuclave-design2.jpg

1. Verbinden Sie zwei Kupplungen und Ventile aus Edelstahl 316 oder 304 fest mit einem nicht schweißbaren T-Stück aus Edelstahl. Der Durchmesser des Anschlussstücks sollte 1,9 cm (3/4 Zoll) betragen.

   • Rohrstopfen (Anschnitte) müssen an die beiden Arme der T-förmigen Verbindung angeschlossen werden.
   • Auf Wunsch können Sie anstelle eines der Stopfen auch ein Sichtfenster einbauen.
   • Befestigen Sie einen Kugelhahn mit einer 6,35 mm (1/4 Zoll) großen Buchse an der Unterseite der T-Verbindung.
   • Schrauben Sie die Teile in der folgenden Reihenfolge an den oberen Auslass: 1,2 cm (1/2 Zoll) Tülle, 1,2 cm (1/2 Zoll) Nippel und 1,2 cm (1/2 Zoll) Kreuzrohr.

2. Schließen Sie die Montage des oberen Teils des Geräts ab. An dieses zweite Rohr werden die restlichen Ventile und Sensoren angeschlossen.

   • Schließen Sie ein Bimetall-Thermometer an den oberen Auslass des Rohrs an.
   • Befestigen Sie einen 6,35 mm x 1,2 cm (1/4 Zoll x 1/2 Zoll) großen Nippel am linken Arm des Rohrs. Befestigen Sie daran einen Kugelhahn.
   • Schließen Sie einen weiteren 6,35 mm x 1,2 cm (1/4 Zoll x 1/2 Zoll) großen Nippel an den rechten Arm des Rohrs an. Befestigen Sie daran ein Rohr mit einem Durchmesser von 6,35 mm (1/4 Zoll) mit einem Manometer oben und einem Sicherheitsfederventil am unteren Abzweig.
   • Befestigen Sie einen 6,35-mm-Nippel (1/4 Zoll) mit einem Nadelventil am kleineren Auslassloch.

3. Verwenden Sie die richtigen Materialien. Edelstahl wird bevorzugt, da er sauber und langlebig ist und eine geringe Korrosionsbeständigkeit aufweist.

   • Es können Sensoren mit Messinggewinde und Kohlenstoffstahlventilen eingebaut werden.
   • Verwenden Sie keine Messing- oder Kohlenstoffstahlkupplungen und bauen Sie keine Teile aus Materialien ein, die einem Druck von 15 MPa (ca. 2.000 psi) nicht standhalten.

4. Schließen Sie eine Kohlendioxidflasche an den überkritischen Trockner an. Der Anschluss muss leckagefrei sein und den freien Zufluss von flüssigem Kohlendioxid in das Gerät gewährleisten.

   • Ein Diagramm einer solchen Verbindung ist auf der folgenden Webseite dargestellt: http://www.aerogel.org/wp-content/uploads/2009/02/gastank-1.jpg
   • Schließen Sie den Zylinder in der folgenden Reihenfolge an: Adapter CGA320 mit Außengewinde, Teflondichtung, Einlassnippel, Einlasskupplung, 6,35 mm (1/4") Schnellkupplungsadapter weiblich, 6,35 mm (1/4") Schnellkupplungsadapter männlich, Schlauch hoher Druck 6,35 mm (1/4 Zoll) Durchmesser mit geflochtenen Innengewinden.
   • Schließen Sie am anderen Ende des Hochdruckschlauchs einen 6,35 mm (1/4 Zoll) Innenadapter und einen 6,35 mm (1/4 Zoll) Außenadapter zum Schnelltrennen an.
   • Schließen Sie die letzte Kupplung an den Einlasskugelhahn des Trockners an. Jetzt ist alles verbunden.

   Teil 2

   Quittung Silikon-Aerogel

   1. Konzentriertes ätzendes Ammoniak (Ammoniumhydroxid) verdünnen. Verdünnen Sie 4,86 ​​g oder 5,4 ml konzentriertes ätzendes Ammoniak in 1000 ml Wasser in einer Glas- oder Plastikflasche.

      • Beschriften Sie diese Flasche mit „wässerige Ammoniaklösung“. Die Lösung kann bei aufbewahrt werden Zimmertemperatur in einer verschlossenen Flasche zur späteren Verwendung.

   2. Bereiten Sie eine Lösung von Tetramethoxysilan mit Methanol vor. Mischen Sie 10,2 g (10 ml) Tetramethoxysilan mit 7,82 g (10 ml) Methanol in einem Becherglas. Rühren Sie die Lösung um.

      • Beschriften Sie diese Lösung mit „Alkoxidlösung“ oder einfach mit „Lösung A“.
      • Bitte beachten Sie, dass Tetramethoxysilan nicht einfach zu erwerben ist, da Unternehmen, die diese Chemikalien verkaufen, im Allgemeinen zögern, sie an Privatpersonen zu verkaufen. Wenn es Ihnen gelingt, ein Unternehmen zu finden, das bereit ist, diesen Stoff zu verkaufen, stellen Sie sicher, dass er einen hohen Reinheitsgrad aufweist und keine gefährlichen Verunreinigungen enthält.

   3. Bereiten Sie eine Lösung aus ätzendem Ammoniak und Methanol vor. Mischen Sie 5 g (5 ml) der zuvor hergestellten wässrigen Ammoniaklösung mit 7,92 g (10 ml) Methanol in einem anderen sauberen Becherglas. Rühren Sie die Lösung um.

      • Beschriften Sie diese Lösung als „katalytische Lösung“ oder einfach als „Lösung B“.

   4. Gießen Sie die katalytische Lösung in die zuvor vorbereitete Alkoxidlösung. Gießen Sie die katalytische Lösung (Lösung B) vorsichtig in die Alkoxidlösung (Lösung A) und rühren Sie sie mit einem Glasstab um, bis sie vollständig aufgelöst ist.

      • Die resultierende Lösung wird auch „Sol“ genannt.

   5. Übertragen Sie das Sol in die Formen. Legen Sie Backpapier auf Silikonbasis auf den Boden der Formen. Warten Sie, bis das Sol die Form eines Gels annimmt.

      • Sie müssen zwischen 15 Minuten und 1 Stunde warten.
      • Sie können das Sol auch in kleine zylindrische Pipetten füllen. In diesem Fall können Sie die Lösung, nachdem sie sich in ein Gel verwandelt hat, aus der Pipette drücken.
      • Tetramethoxysilan spielt bei dieser Methode die Rolle einer Siliziumoxidquelle. Wasser bewirkt die Polymerisation von Tetramethoxysilan und Methanol sorgt dafür, dass sich Wasser und Tetramethoxysilan vermischen, sodass sie eine Phase bilden und miteinander reagieren können. Ätznatron beschleunigt die Reaktion.

   6. Lassen Sie das Gel altern. Sobald sich das Gel gebildet hat, legen Sie es in Methanol und lassen Sie es dort mindestens 24 Stunden lang.

      Entfernen Sie das Wasser. Wechseln Sie das Methanol mindestens viermal pro Woche gegen frisches Methanol, gegen Ethanol mit einer Reinheit von mehr als 99,5 % oder gegen Aceton.

      • Dadurch wird das Gel fast vollständig von Wasser befreit.

   7. Trocknen Sie das Gel in einem überkritischen Trockner. Geben Sie das Gel in die Kammer des Geräts und geben Sie Kohlendioxid ab. Das Kohlendioxid erwärmt sich und durchläuft seinen kritischen Punkt, 31,1 Grad Celsius und 72,9 Bar, wobei es sich auf etwa 45 Grad Celsius erwärmt und einen Druck von etwa 100 Bar erreicht.

      • Bei der überkritischen Trocknung wird das Methanol vollständig aus dem Gel entfernt.
      • Entlasten Sie den Druck in der Apparatekammer mit einer Geschwindigkeit von ca. 7 bar pro Stunde.
      • Das Ergebnis des Prozesses ist ein Siliziumoxid-Aerogel.

   Teil 3

   Alternatives Verfahren: unterkritische Trocknung

   1. Bereiten Sie das Aerogel wie zuvor beschrieben vor. Bereiten Sie Silica-Aerogel wie oben beschrieben vor, indem Sie zunächst die chemischen Inhaltsstoffe vorbereiten und es dann „einsohlen“, um ein flüssiges Gel zu bilden.

      Nachdem Sie das Gel in Alkohol oder Aceton eingeweicht haben, reinigen Sie es wie oben beschrieben von Wasser.Ändern Ethanol oder Aceton mindestens viermal pro Woche.

      Bereiten Sie eine Lösung aus Hexan und Ethanol vor. Mischen Sie einen Teil Hexan und drei Teile Ethanol, um eine Lösung mit einem Volumen von mindestens dem Fünffachen des Volumens des vorherigen Gels zu erhalten.

      • Falls gewünscht, kann anstelle von Ethanol Aceton in den gleichen Anteilen verwendet werden.
      • Wenn Sie beispielsweise 20 ml Aerogel erhalten haben, müssen Sie eine Lösung aus 25 ml Hexan und 75 ml Ethanol oder Aceton herstellen.
      • Markieren Sie den Behälter mit der vorbereiteten Lösung als „Lösung 25-75“.

   2. Bereiten Sie zwei weitere Lösungen aus Hexan und Ethanol vor. Im zweiten Schritt verwenden Sie diese beiden Flüssigkeiten gleiche Proportionen. Im dritten Schritt mischen Sie drei Teile Hexan mit einem Teil Ethanol.

      • Anstelle von Ethanol kann wie bisher auch Aceton verwendet werden.
      • Beschriften Sie den Behälter mit der zweiten Lösung mit „50-50-Lösung“ und den Behälter mit der dritten mit „75-25-Lösung“.

   3. Das Gel nacheinander in drei Lösungen einweichen. Das Gel 12–48 Stunden lang in einer Lösung von 25–75 einweichen.

      • Geben Sie dann das Gel in eine 50-50-Lösung und lassen Sie es dort für die gleiche Zeit. Geben Sie dann das Gel in eine 75-25-Lösung und lassen Sie es dort 12-48 Stunden lang stehen.

   4. Das Gel in Hexan einweichen. Das Gel 24–72 Stunden lang in reinem Hexan einweichen und dabei dreimal wechseln.

   5. Bereiten Sie eine Lösung aus Trimethylchlorsilan vor. Fügen Sie Trimethylchlorsilan zu Hexan hinzu, sodass es 6 % der Gesamtmasse der Lösung ausmacht.

      • Bereiten Sie eine Lösung in einem Volumen vor, das mindestens dem 15-fachen des Volumens des zuvor zubereiteten Gels entspricht.
      • Beschriften Sie den Behälter mit der Lösung mit TMHS.

   6. Tauchen Sie das Aerogel in die Trimethylchlorsilanlösung. Dazu geben Sie das Gel zunächst auf den Boden eines dicht verschlossenen, chemikalienbeständigen Behälters mit weitem Hals und gießen dann so viel TMCS-Lösung hinein, dass sein Volumen das Volumen des einzuweichenden Gels um das 5- bis 10-fache übersteigt. Verschließen Sie den Behälter.

      • Befeuchten Sie bei einem Glasbehälter die Ränder des Deckels mit einem Staubsauger. Silikonfett, sonst kann der Deckel am Hals kleben bleiben.

   7. Erwärmen Sie den Behälter mit dem Gel und kühlen Sie ihn anschließend ab. Erhitzen Sie das Gefäß auf 60 Grad Celsius und halten Sie es mit einem Elektroherd 12–24 Stunden lang auf dieser Temperatur. Bevor Sie die TMCS-Lösung durch eine frische ersetzen, lassen Sie sie auf Raumtemperatur abkühlen.

      • Wiederholen Sie den Vorgang noch zweimal.
   8. Arbeiten Sie in einem gut belüfteten Bereich mit guter Beleuchtung.
   9. Tragen Sie beim Arbeiten eine Schutzbrille. Tragen Sie außerdem lange Ärmel und geschlossene Schuhe.
   10. Versuchen Sie nicht, Geräteteile zu sparen, indem Sie diese durch günstigere ersetzen.
   11. Nehmen Sie sich genügend Zeit für die Arbeit. Versuchen Sie nicht, den Vorgang zu beschleunigen, da dies die Wahrscheinlichkeit eines gefährlichen Fehlers erhöht.
   12. Stellen Sie sicher, dass alle Ventile und Anschlüsse sicher und dicht sind und vermeiden Sie den Kontakt mit organische Lösungsmittel. Dadurch wird verhindert, dass Kohlendioxid austritt.
   13. Tauschen Sie die Dichtungen alle 30-50 Vorgänge gegen neue aus und schließen Sie nach Abschluss des Vorgangs alle Ventile fest.
   14. Tetramethoxysilan ist gefährlicher Stoff, das Ihre Lunge und Augen schädigen kann. Tragen Sie daher bei der Arbeit eine Schutzbrille und einen Mullverband oder eine Atemschutzmaske.

   Was wirst du brauchen

   • Latex- oder Gummihandschuhe
   • Schutzbrille
   • Lange Ärmel
   • Geschlossene Schuhe
   • Chemieschürze

   Überkritische Trocknung

   • 2 6,35 mm (1/4 Zoll) Mitteldruck-Kugelhähne aus Edelstahl 316
   • 2 Sechskantnippel, 1,2 cm (1/2 Zoll) Einlass, 6,35 mm (1/4 Zoll) Auslass, 1,7 cm (1-11/16 Zoll) lang, Edelstahl 316
   • Sechskantnippel 1,2 cm (1/2 Zoll)
   • 2 x 6,35 mm (1/4 Zoll) Sechskantnippel
   • 1,2 cm (1/2 Zoll) Edelstahlschlauch 316
   • 6,35 mm (1/4 Zoll) Edelstahlschlauch 316
   • Mitteldruck-Nadelventil, beidseitig weiblich, 6,35 mm (1/4 Zoll) Durchmesser, Edelstahl 316
   • Federsicherheitsventil aus Messing mit Steuerzugring und Entlüftung in die Atmosphäre, Außengewinde, 6,35 mm (1/4") Durchmesser
   • 1,2 cm (1/2 Zoll) Bimetall-Thermometer aus Edelstahl 304 mit Außengewinde und ölfreiem Zifferblatt
   • Manometer 0–20.000 KPa, Anschluss oben, mit 6,36 mm (1/4 Zoll) Buchse
   • Heizung oder Fön
   • Rohrisolierband
   • Kreuzförmiges Rohr
   • 9 kg Kohlendioxidflasche mit Ventil und Adapter CGA320

   Silikon-Aerogel

   • Tetramethoxysilan
   • Methanol
   • Demineralisiertes Wasser
   • 28–30 Gew.-% %ige Lösung von ätzendem Ammoniak in Wasser
   • Ethanol (möglicherweise)
   • Aceton (möglicherweise)

   Herstellung von Silikon-Aerogel durch unterkritische Trocknung

   • Vorbereitetes Silikongel
   • Reines Ethanol oder Aceton
   • Hexan
   • Trimethylchlorsilan (TMCS)
   • Chemikalienbeständiges Weithalsglas oder -flasche
   • E-Herd
   • Chemischer Extrakt
   • Hexamethyldisilazan