Aerogel: El increíble sólido más ligero jamás creado en la Tierra

Hay materiales que la tecnología produce y que son una puerta para soluciones que sólo el futuro mostrará. Uno de estos materiales es el aerogel. Estamos hablando de un material que ha intrigado a la comunidad científica debido a sus impresionantes propiedades físicas y químicas. El aerogel es un material sólido que tiene características muy diferentes en comparación con otros sólidos. Por lo tanto, este es el sólido más ligero que se creará en la Tierra.

El material que desafía la ciencia se compone del 97% de aire, manteniendo las propiedades estructurales de un sólido.

 
¿De dónde vino el nombre Aerogel?
El término aerogel se crea a partir de dos palabras - aire y gel. Y hay historia para ese nombre. Así, el aerogel fue inventado por Samuel Stephens Kistler. Samuel estaba fascinado por la jalea debido a su doble naturaleza para actuar tanto como un sólido como un líquido.
La razón por la cual la gelatina tiene propiedades de líquido y sólido deriva de una combinación de ambos. Es decir, la gelatina tiene una estructura porosa que mantiene el agua dentro de ella, creando una pseudo-sustancia.

 
 





Samuel se preguntó qué sucedería si sustituyera el contenido de agua por el aire. Sin embargo, si el gel se seca simplemente, se contrae la estructura sólida, llevando a la aparición de grietas. De esta forma, él entendió que la estructura altamente microporosa del gel colapsa debido a las altas fuerzas de tensión superficial ejercidas por el líquido. Entonces, miró a formas alternativas en que el líquido puede ser removido sin herir la estructura sólida, y surgió la idea de sustituir el agua por el alcohol.
Cuando el alcohol se convierte en un estado supercrítico, se convierte en un estado entre gas y líquido, y no sufrirá de tensión superficial. La estructura microporosa sólida se hizo utilizando Sílice.
Cuando el alcohol se evaporó fue formado el primer Aerogel. En los términos más simples, el Aerogel se hace a partir de la remoción de agua o solvente de una estructura gelatinosa.



 
Propiedades físicas del aerogel
La razón por la cual el aerogel parece translúcido es debido al hecho de que gran parte del material es sólo aire, lo que también explica su densidad muy baja. Se les llama los sólidos más ligeros de la Tierra e incluso un bloque del tamaño de un hombre de seis metros de aerogel sólo pesará alrededor de un kilo.
El Recorde Mundial de Guinness para el material impreso en 3D más ligero es un grafeno Aerogel impreso por Dong Lin. El aerogel tiene otras propiedades físicas únicas, y una de ellas es el increíble aislamiento contra el calor (0,023 W / mK a 100 ° C).
Además, el aerogel también posee excelentes propiedades acústicas, presentando aislamientos acústicos 10 a 1000 veces mejores que las formas de poliuretano.
Como la estructura se hace a partir de sólo el 3% de sólidos, el aerogel es muy frágil. Los dos principales materiales sólidos utilizados para la preparación del Aerogel son sílice y carbono.
 
¿Cómo se produce Aerogel?
Conforme vimos, el aerogel se hace removiendo el contenido de agua / solvente de un gel y sustituyéndolo por aire. El método moderno de fabricación de aerogel utiliza un proceso llamado sol-gel.
El nuevo proceso de fabricación fue desarrollado en 1983 por Arlon Hunt y Microstructured Materials Group. Ellos usaron un TEOS o Tetraethyl orthosilicate en la producción de aerogel, que es mucho más seguro que el método TMOS que se utilizó hasta entonces.



Otro desarrollo fue el uso de dióxido de carbono líquido, que sustituyó el uso de alcohol como solvente base. El uso de TMOS y alcohol en aerogel hizo el proceso muy peligroso. Como se ha visto, esta composición resultó en una devastadora explosión que destruyó una fábrica de aerogel en Suecia.
El nuevo proceso de producción tiene el mismo rendimiento de TMOS pero sin sus peligros.
 
¿Cuáles son las aplicaciones del aerogel?
Las características físicas del Aerogel hicieron de él uno de los materiales artificiales más estudiados. Hoy en día, podemos encontrar aerogel en cosméticos, tintas, ropa de buceo, etc. Sin embargo, su uso en la industria aeroespacial sólo ha aumentado desde su invención. El aerogel fue utilizado incluso para capturar cometas y polvo interestelar en la misión Stardust de la NASA.
Este material exclusivo se utilizó como material aislante que mantuvo el Mars Exploration Rover calentado durante su misión. Sin embargo, hay muchas otras aplicaciones prácticas como, por ejemplo, material aislante para edificios.
Una nueva invención llamada algodón-aerogel está teniendo éxito en varios sectores. En el mercado de la ropa, el aerogel de algodón puede ser utilizado como un material aislante que puede sustituir las chaquetas voluminosas convencionales.
Una aplicación sorprendente es el uso de algodón aerogel como dispositivo de control de hemorragia, donde puede ser inyectado en una herida abierta y éste se expandirá aplicando presión en la herida, impidiéndole sangrar.



 
¿Cuál es la razón por la que la industria no está apostando por el aerogel?
Si hay tantas ventajas, si existen innumerables escenarios de aplicación para el día a día, entonces ¿por qué no se aprovechan las increíbles propiedades del aerogel?
Hay varias razones que explican esta realidad. Primero es el hecho de que el aerogel es muy difícil de fabricar, incluso con los avances que tuvimos en términos de producción. Los mayores paneles de Aerogel que la industria logró producir fueron del tamaño de 90 × 90 cm. Y ese tamaño sólo fue posible a través de máquinas altamente avanzadas.

En segundo lugar está el precio. Es costoso el proceso de fabricación, lo que se traduce en la transferencia de ese costo al consumidor final. Para tener un ejemplo, una placa del material que mide 2,5 cm x 2,5 cm x 1,0 cm cuesta alrededor de 50 euros.
Uno de los principales desafíos enfrentados por la industria de aerogel es la naturaleza frágil del sólido. No se engañe, el material es fuerte y puede contener a menudo su peso. Sin embargo, el material no se sostiene bien bajo tensión.
Los avances se han hecho para simplificar el proceso de fabricación del aerogel y mejorar su integridad estructural. Una vez que estas restricciones se resuelvan, el aerogel seguramente llegará a más personas y productos.
Por lo tanto, la aerogel es, sin duda, uno de los pocos materiales milagrosos jamás creados. El material tiene un inmenso potencial en sus muchas formas y combinaciones.