Aerogel, cos’è e come si produce uno tra i materiali più leggeri e isolanti al mondo

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L’aerogel è un materiale innovativo poroso e molto leggero che si ottiene da a gel, la cui componente liquida è sostituita da gas. Questo materiale contiene molto bolle d’ariaha un bassa densità è un bassa conducibilità termicae proprio per queste ragioni lo è ottimo isolante termico. Non a caso alcuni dei principali ambiti di applicazione riguardano l’edilizia e le applicazioni spaziali. Vediamo insieme come si fa l’aerogel, come si produce, chi l’ha inventato e quanto costa.

Cos’è l’aerogel?

L’aerogel è un materiale ditta composto per il 95-99% dall’aria. Come è possibile? È una struttura tridimensionale che contiene una grande quantità di bolle d’aria. Questa struttura è costituita principalmente da silice, ma si trovano anche aerogel di ossido di carbonio o di metallo. Per visualizzare meglio il concetto, facciamo un’analogia culinaria: l’aerogel è per certi versi simile alle meringhe preparate dai pasticceri. La base è poi l’albume montato a cui viene aggiunto lo zucchero e poi cotto. Il risultato finale è un dessert leggero e spumoso, pieno di bolle d’aria. L’aerogel è una sorta di meringa ipertecnologica, un materiale solido in cui sono presenti tante bolle d’aria – che è esattamente il motivo per cui ne ha uno densità molto bassa!

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Immagine al microscopio elettronico a scansione di aerogel (Credit: N. Katagiri, et al. 2015).

Questo gli conferisce anche proprietà eccellenti come isolante termico: anzi capace minimizzare il trasferimento di calore derivato da irraggiamento, convezione e conduzione. Laggiù convezione termica è bloccato dalla presenza di piccole bolle, che impedisce alle molecole di aria o altri gas di percorrere lunghe distanze e raggiungere l’altro lato del materiale, senza prima interagire con la struttura solida del materiale stesso. Anche il meccanismo di conduttività termica è ridotto dalla presenza di enormi quantità di gas intrappolati nella struttura solida.

Come viene prodotto l’aerogel?

Per ottenere l’aerogel la premessa è una gel. In termini tecnici, è uno sistema colloidalecioè uno rete di particelle interconnesse in un liquido (che occupa la maggior parte del volume del materiale). È una sostanza con proprietà intermedie tra un liquido (come la densità) e un solido (come la forma). Il gel al suo interno ha tanti piccoli pori, e proprio a causa delle loro piccole dimensioni, le forze capillari sono tali che i liquidi sono contenuti all’interno della struttura, impedendo loro di fuoriuscire dalla rete di particelle.

Tuttavia, se esposto all’aria, il liquido nel gel può evaporare. Quando una molecola di liquido evaporato, le molecole adiacenti vengono appunto “trascinate” dalla forza capillare, distruggendo progressivamente il reticolo di particelle solide: il risultato è un residuo denso che prende il nome xerogel. A quel punto i ricercatori si sono chiesti: è possibile ottenere uno xerogel in grado di mantenere intatta la struttura originaria del gel? In questo modo sarebbe possibile ottenere un materiale con una densità molto bassa, poiché la struttura delle molecole solide è estremamente ricca di vuoti.

aerogel a fiamma

L’aerogel è stato scoperto in 1931 dall’ingegnere chimico Stephen Kitler durante un esperimento: il suo obiettivo era quello di asciugare un gel per evitare il collasso del faro. Per fare ciò, il ricercatore ha aumentato significativamente la pressione e la temperatura, quindi ha gradualmente ridotto la pressione. Facendo questo il il liquido veniva gradualmente espulso del gel – impedendo che la struttura venga distrutta dalla tensione superficiale – rendendo il gas per prendere il suo posto.

L’aerogel è il miglior isolante termico al mondo?

L’aerogel ne ha uno spessore di circa 60-80 kg/m3leggermente superiore alla lana di vetro (10-70 kg/m3), ma molto inferiore al sughero (250 kg/m3). Essere conduzione di calore, cioè la capacità di trasferire calore è molto bassa, circa 0,015-0,021 W/mK. Più bassa è la conduttività, meno calore passa attraverso di essa. La lana di vetro, ad esempio, è un ottimo isolante termico, ma ha un valore di conducibilità più elevato (0,03-0,05 W/mK). Di conseguenza, l’aerogel, insieme alla schiuma fenolica, è uno dei migliori isolanti termici al mondo. Per garantire un certo livello di isolamento termico è necessario uno spessore inferiore rispetto a tutti gli altri isolanti della concorrenza.

A cosa serve l’aerogel?

L’aerogel ha diversi usi: di loro industrialecome l’isolamento delle finestre, a quello spazialeper raccogliere la polvere interstellare, come nella sonda polvere di stelle dalla NASA. Viene utilizzato anche nel Ricerca, in particolare nell’esperimento Belle II: qui è installato nell’acceleratore di particelle KEK, in Giappone, per identificare le particelle con grande precisione. Può essere utilizzato anche daindustria farmaceutico per la fornitura di farmaci, o neldominio sportivo fabbricare racchette da tennis. Insomma, le applicazioni sono davvero decine!

Quanto costa l’aerogel?

Il costo dell’aerogel è ancora molto elevato a causa del suo complesso e delicato processo di fabbricazione. Galleggia in mezzo € 40/mese2 Ciao 400€/ml2in base allo spessore. Per fare un confronto, la sola lana di vetro costa 6-7 €/mln2 di.

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