Aerogel:notável material isolante do futuro

Estamos no meio de uma nova corrida para explorar o espaço sideral, e novos materiais estão na vanguarda do avanço tecnológico . Considere as necessidades de um traje espacial. Ele deve proteger o astronauta das temperaturas extremas do espaço, mas ser o mais fino e leve possível para ajudar na manobrabilidade.

A NASA desenvolveu materiais de isolamento de aerogel para uso na exploração espacial , mas nos últimos anos, os aerogéis tornaram-se disponíveis comercialmente e estão encontrando usos em uma variedade de outras áreas.


Os aerogéis são excelentes isolantes térmicos. Aqui, um pedaço de aerogel protege uma flor de um maçarico.

Aerogéis são materiais avançados que, devido à sua estrutura ultraporosa, permite que os engenheiros projetem não apenas novos isolamentos térmicos para trajes espaciais e veículos , mas também filtros, baterias, coletores de calor solar e muito mais .

No entanto, "aerogéis" não são um tipo de material . Em vez disso, eles são uma forma especial de sólido que pode ser feito de sílica, polímeros, óxidos, carbono e outros materiais . Embora os aerogéis sejam sólidos, eles contêm tantos vazios minúsculos, ou “poros”, que são compostos principalmente de ar.

Neste artigo, responderemos às seguintes perguntas:

• O que é um aerogel?
• Como fazer aerogéis?
• Quais são as principais propriedades dos aerogéis?
• Quais são as aplicações dos aerogéis?

O que é um aerogel?

Os aerogéis são materiais ultraporosos , o que significa que apesar de serem sólidos, eles estão cheios de pequenos orifícios cheios de ar chamados poros. Esses poros são a chave para as propriedades únicas dos aerogéis . Embora muitos materiais sejam porosos, como espumas e certas cerâmicas, os aerogéis são um caso extremo.

Em aerogéis, poros compõem a maior parte do material , resultando em um material sólido ultraleve . Os poros dos aerogéis também são extremamente pequenos, muito menores que um fio de cabelo humano e muito pequenos para serem vistos a olho nu. Como resultado, os aerogéis são tão leves e translúcidos que têm apelidos como “nuvem sólida ” e “fumaça congelada ”.

Quais são as principais propriedades dos aerogéis?

Os aerogéis são tão porosos que até 95% de seu volume é ar , que concede a eles uma variedade de propriedades incomuns . Entre eles está o fato de estarem em meio aos materiais mais leves já feitos ou descobertos , o que os torna especialmente úteis em aplicativos aeroespaciais onde a economia de peso é vital.

As propriedades dos aerogéis incluem:

• Densidade extremamente baixa (consulte uma pesquisa de Matmatch para densidade baixa)
• Condutividade térmica muito baixa (veja uma pesquisa Matmatch para baixa condutividade térmica)
• Alta área de superfície para reações catalíticas ou eletroquímicas
• Translucidez (veja uma pesquisa de Matmatch para transmitância óptica)

A chave para essas propriedades únicas é o fato de que os aerogéis não são apenas altamente porosos , mas os poros também são extremamente pequenos – muito pequeno para ver com o olho humano. Isso significa que os aerogéis não apenas se beneficiam da baixa condutividade térmica do ar dentro dos poros, mas também o ar não pode fluir facilmente , o que aumenta ainda mais suas habilidades como isolantes térmicos .

Como fazer aerogéis?

Apesar do nome, aerogéis não são géis , eles são sólidos altamente porosos que são compostos principalmente de ar. Os aerogéis começam como um líquido , são transformados em gel, então o líquido é removido. Suas estruturas de poros únicas são criadas preservando as estruturas criadas quando pequenas partículas são unidas na fase líquida. (Veja uma pesquisa Matmatch para tamanho de partícula pequeno)

O truque é remover o líquido preservando o espaço entre as partículas . Esses espaços tornam-se os poros do aerogel.



Os tipos mais comuns de aerogéis são feitos de sílica pelo processo “Sol-Gel”:

1. Um "Sol" é feito misturando pequenas partículas sólidas com um solvente líquido.
2. O Sol é transformado em "Gel" pela adição de um catalisador que une as partículas umas às outras, fazendo com que a mistura se solidifique.
3. O solvente líquido é removido por secagem, deixando apenas o aerogel sólido para trás.

O processamento de aerogéis é vital para criar sua microestrutura única. Sem os poros ultrapequenos que sobraram da fase de gel semi-líquido , os aerogéis não teriam essas baixas densidades ou ser tais excelentes isolantes térmicos .

Quais são as aplicações dos aerogéis?

Os aerogéis não são um material específico, mas sim uma forma de material que foi processado para torná-lo mais poroso. Os aerogéis mais comuns são feitos de sílica (dióxido de silício); mas também existem aerogéis feitos de grafeno, óxido de ferro, polímeros e muito mais .



Os aerogéis também aparecem em várias formas incluindo tijolos grossos, folhas flexíveis e revestimentos finos . Os aerogéis podem ser usados ​​em uma variedade de aplicações e estão comercialmente disponíveis para uso como isolamento . No entanto, os pesquisadores vêm desenvolvendo várias outras aplicações tecnológicas para esses materiais notáveis.

Isolamento de aerogel

A baixa condutividade térmica e baixa densidade de aerogéis os tornam um excelente material de isolamento . Como um bônus adicional, os aerogéis são tão leves que quase não adicionam peso à estrutura , o que os torna perfeitos para viagens espaciais porque cada quilograma custa dinheiro para ser levado ao espaço. Os aerogéis também são excelentes isolantes que podem ser usados ​​em camadas finas onde é necessária flexibilidade , como em trajes espaciais.

Alguns aerogéis são translúcidos , o que significa que eles podem ser usados ​​em locais onde os isolamentos tradicionais não poderiam, como janelas e painéis solares . Se eles são usados ​​para clarabóias em edifícios terrestres ou as janelas em um futuro habitat espacial , aerogéis transmitem luz, mas bloqueiam a transferência de calor .

Isso os torna ideais para tornar as estruturas mais fáceis de aquecer e resfriar ao mesmo tempo que deixa entrar mais luz natural . Os aerogéis também têm sido usados ​​como revestimentos em coletores de calor solar de última geração , onde o aerogel permite a passagem da luz, mas evita que o calor escape.

A capacidade dos aerogéis de interromper o fluxo de calor também torna o útil como uma forma de camuflagem , e os revestimentos de aerogel foram testados como uma forma de esconder das câmeras infravermelhas .

Adsorvedores e filtros

Os pequenos poros dentro dos aerogéis conceder a eles uma área de superfície específica especialmente alta, o que significa que uma grande quantidade do material sólido está em contato com o ambiente . Quando os aerogéis são feitos de materiais que atraem e aderem a certas moléculas ou partículas, eles podem ser usados ​​como filtros e adsorventes que retêm substâncias dentro dos poros .


O gel de sílica é um excelente dessecante e quimicamente seguro para uso com alimentos.

Um parente familiar dos adsorvedores de aerogel é gel de sílica , que é comumente usado como dessecante para remover a água do ar . A maioria das pessoas está familiarizada com pacotes de gel de sílica usado para manter alimentos e outros itens secos, em sistemas de ar condicionado e outras aplicações. Após a saturação do gel de sílica com água, ele pode ser “recarregado” por aquecimento em um forno, que vaporiza a água das superfícies de seus poros deixando-a seca e pronta para uso novamente.

A quantidade de água que pode ser absorvida aumenta com a área de superfície específica . Como os aerogéis têm uma área de superfície específica ainda maior do que os géis de sílica tradicionais, os aerogéis oferecem melhorias ainda maiores em sua capacidade de reter a umidade .

Aplicativos de tecnologia avançada

A alta área de superfície específica dos aerogéis significa que eles têm uma quantidade especialmente grande de material em contato com seu ambiente. Isso torna os aerogéis úteis para um grande número de processos químicos e eletroquímicos que pode ser melhorado maximizando a área de contato entre soluções e substratos sólidos.

Isso inclui servir como catalisadores ou substratos de catalisadores para uma variedade de processos químicos industriais, bem como eletrodos em supercapacitores de próxima geração .


A NASA usou um aerogel para prender partículas de poeira espacial a bordo da espaçonave Stardust. As partículas vaporizam no impacto com sólidos e passam por gases, mas podem ficar presas em aerogéis. A NASA também usou aerogel para isolamento térmico do Mars Rover.

Porque os aerogéis são um tipo de estrutura que pode ser feito de uma grande variedade de materiais , os pesquisadores estão constantemente desenvolvendo novos aerogéis e novas maneiras de usá-los. À medida que novos materiais adicionais são transformados em aerogéis, eles permitirão novos desenvolvimentos tecnológicos como novos supercapacitores, revestimentos antimicrobianos, almofadas absorventes de derramamento de óleo, implantes ósseos e muito mais.

Devido à sua combinação única de baixa condutividade térmica, baixa densidade, alta área de superfície e translucidez, os aerogéis estão evoluindo para uma gama diversificada de tecnologias de materiais de ponta .