هلام هوائي

نطقب طوب يزن 2.5 كيلوجرام محمول على بترة من الجل الهوائي تزن 2 جرام فقط.

الچل هوائي أوإيروچل هي مادة هلامية منخفضة الكثافة تم فيها إستبدال المحتوى السائل للمادة بالغاز. وكانت النتيجة نشوء مادة ذات كثافة منخفضة جدا ذات خواص متعددة ، من أبرز تلك الخصائص قدرتها الكبيرة على العزل الحراري. ويطلق عليها أيضا إسم الدخان المجمد , والدخان السائل وذلك لطبيعتها الشبه شفافة ، ولها ملمس يشبه الرغاوي.

التاريخ

تم إكتشاف المادة لأول مرة عن طريق ستيفن كستلر عام 1931 ، بعد رهان مع تشارلز ليرند حول إمكانية إستبدال المحتوى السائل في إناء من الفواكه المحفوظة ، بالغاز دون حدون إنكماش. .

الخصائص

بيتر تسومن ناسا وهويحمل بيديه الجل الهوائي أخف مادة صلبة في العالم تتكون من 99% من الهواء.

الأنواع

A demonstration of aerogel's insulation properties.

Aerogel produced at Florida State University by Elliot Schwartz and Robert Palmer.

وبالرغم من حتى اسمها ، ايروجيل فهي جامدة ،وهى مادة جافة ولا تشبه الجيل في خصائصها الفيزيائية ، والاسم يأتي من حقيقة أنها مستمدة من المواد الهلامية. الضغط بهدوء على ايروجيل عادة لا يهجر أثرا ، وعندما تضغط بقوة أكبر يفترض أن يهجر أثر الضغط ظاهرا. ويكفي الضغط بقوة كى يؤدي إلى انهيار كارثي في بنية المادة الهلامية ، الامر الذي يؤدى الى تحطيم مثل خاصية الزجاج المعروف باسم تفتيت; وبالرغم من حتى الأنواع الحديثة لاتعانى من تلك الظاهرة .^[] بالرغم من الحقيقة القائلة إنه عرضة للتحطم, إنها قوية جدا هيكليا. الحاملة لها قدرات رائعة ويرجع ذلك إلى بنيتها الحاملة القوية ويعبر عنها بالهيكل الميكروى ذى تغصنات (معدنية) , الذى فيه جزئيات كرويةبحجم متوسط 2–5 نانومترا ،حيث تنصهر معا في مجموعات. هذه المجموعات تشكل بنية ثلاثية الأبعاد مسامية العالية من السلاسل فركتلية تقريبا ، مع المسام أقل بقليل من 100 نانومتر. فإن متوسط الحجم والكثافة المسامية يمكن السيطرة عليها أثناء عملية التصنيع.

ايروجيل هى عوازل حرارية جيدة لأنها تقوم بإلغاء ثلاث من النواقل الحرارية (تيارات الحمل, التوصيل, والإشعاع). تلك العوازل موصلة جيدة لأنها تتألف بشكل تام تقريبا من الغاز, والغازات هى موصلات سيئة للغاية للحرارة.الايروجيل السيليكا جيد خاصة بسبب السيليكا التى هى أيضا موصل سيىء للحرارة (والايروجيل المعدني ، من ناحية أخرى ، سيكون أقل فعالية). هم مثبطات جيدة للحمل الحراري لأن الهواء لا يمكن تعميمها من خلال القنوات الشعرية. ايروجيل الكربون هوعازل إشعاعي جيد بسبب حتى الكربون يمتص الإشعاعات تحت الحمراء التى تساعد على التوصيل الحرارى عند درجات الحرارة الإعتيادية.

وبسبب طبيعته الاسترطابيية ،فإن ايروجيل يظهر جافا ويعد مادة مجففة قوية. وينبغي للأشخاص الذين يتعاملون بايروجيل لفترات طويلة من ارتداء القفازات لمنع ظهور ظهور بقع جافة هشة على الجلد.

إيروجل السيليكا

إيروجل السيليكا هي أكثر الأنواع الشائعة من الهلام الهوائي وأكثرها دراسة واستخدما. وهي مادة تعتمد في أساسها على السيليكا وتحضر من هلام السيليكا. وفي 18 نوفمبر 2011، أعربت كأخف مادة في العالم، حيث تبلغ كثافتها 0.9 مليگرام لكل سنتيمتر مكعب.

إيروجل الكربون

إيروجل الألومنيا

أنواع أخرى من الإيروجل

الإستعمالات

The Stardust dust collector with aerogel blocks. (NASA)

على النطاق التجاري يستخدم الإيروجل كمادة عازلة للنوافذ.

الأيروجيل السيليكا الشفافقد يكون مناسبا جدا كمادة عازلة حرارية للنوافذ ، وتحد من الخسائر بشكل كبير للحرارة في المباني. وبعد عدة جولات في Vomit Comet ، قد أظهرت إحدى البحوث [2] الفريق حتى إنتاج ايروجيل في بيئة إنعدام الوزن يمكن حتى تنتج جزيئات بحجم أكثر اتساقا وتحد من تأثير Rayleigh scattering في ايروجيل السيليكا ، مما يجعل الأيروجيل أقل زرقة وأكثر شفافية.

مساحة سطحها المرتفع تؤدي إلى الكثير من التطبيقات ، مثل امتصاص المواد الكيميائية لتنظيف الانسكابات (انظر الامتزاز). هذه الميزة تعطي أيضا امكانية كبيرة لتكون حافزا أوعاملا محفز.

جزيئات الأيروچيل تستخدم أيضا كعامل مادة مثخنة في بعض الدهانات ومستحضرات التجميل .

ويجري حاليا اختبار الأيروچيل للاستخدام في أهداف National Ignition Facility.

ويمكن زيادة أداء الأيروچيل لتطبيقات معينة عن طريق إضافة dopants أى إضافة شوائب ، لتعزيز الهياكل وتخليق المركبات الهجين . وباستخدام هذا النهج ، فسوف تتسع التطبيقات لتلك الفئة من المواد زيادة كبيرة.

وقد بدأ الإنتاج التجاري من 'بطانيات' الأيروچيل في حوالي العام 2000. 'بطانيات' الأيروچيل هى

مواد مركبة من ايروجيل السيليكا وتعزز بمادة ليفية التي تحول الأيروچيل الهش في المادة ،إلى مادة دائمة المرونة. قد تكون لها خواص ميكانيكية وحرارية متنوعة للمنتج بناء على اختيار الأياف المعززة، إذا مصفوفة ايروجيل ، والمواد المضافة المدرجة في المركب.

مركب ناسا يستخدم الأيروچيل لإصطياد جزيئات الغبار الفضائى خارج على متن المركبة الفضائية ستاردست (المركبة) . الجسيمات تتبخر على إثر إصطدامها مع المواد الصلبة وتمر خلال الغازات ، ولكن يمكن محاصرتها وإصطيادها في الأيروچيل. ناسا تستخدم أيضا الايروجيل في العزل الحرارى في مركبة المريخ مارس روڤر والسترات الفضائية

.

البحرية الأمريكية تجرى تقييما لملابس داخلية من الأيروچيل للحفاظ على حرارة أجسام الغواصين .

وتستخدم أيضا الأيروچيل في في فيزياء الجسيمات كمشعات في كواشف تأثير شيرينكوف ACC system في غى نظام للكشف عن بيل ، المستخدمة في تجربة بيل في KEKB (معجل) ، هومثال آخر لهذا الاستعمال.

يتم تحديد مدى ملاءمة الأيروچيل بتدني مؤشر الانكسار، وملء الفجوة بين الغازات والسوائل ، والشفافية ، والحالة الصلبة ، مما يجعلها أسهل استخداما من السوائل المبردة أوالغازات المضغوطة. كتلتها المنخفضة أيضا من الأمورالمفيد للبعثات الفضائية.

أيروچيل الفورمالديهايد وريسورسينول (البوليمرات المتماثلة كيميائيا

لراتنجات الفينول فورمالدهايد) تستخدم في الغالب كمقدمات أومؤشرات لتصنيع أيروچيل الكربون ، أوعندماقد يكون عازل عضوى ذى سطح متسع مرغوبا. حيث أنها تأتي كمادة عالية الكثافة , بمساحة السطح تساوى تقريبا600 م²/جرام.

يمكن إعداد المركبات النانوية للأيروچيل المعدني بواسطة تشريب الهيدروجيل مع محلول يحتوي على ايونات من المعادن النبيلة المناسبةأ والمعادن الانتنطقية يتم حينئذ تطبيق أشعة جاما فوق الهيدروجيل المشرب، مما يؤدي إلى ترسب الجسيمات النانوية من المعدن. حيث يمكن استعمال هذه المركبات النانوية على سبيل المثال. عوامل محفزة ، وأجهزة الاستشعار ، وكدروع كهرومغناطيسية ، والتخلص من النفايات. والاستخدام المحتمل لمحفزات البلاتين على اساس الكربون في خلايا الوقود .

ويمكن استعمال الأيروچيل كنظام التسليم للأدوية نظرا للتوافق الحيوى. بسبب مساحتها العالية وبنيتها المسامية ، يمكن إدمصاص العقاقير من CO2 فوق الحرج. ويمكن تكييف معدل إفراز العقاقير استنادا إلى خصائص الأيروچيل.
الأيروچيل الكربونى يستعمل في تشييد طبقة صغيرة مزدوجة الكهروكيميائية من المكثفات الفائقة. نظرا لمساحة الأيروچيل الكبيرة فيمكن لهذه المكثفات حتى تكون من 2000 حتي 5000 مرة أصغر من التصنيف المماثل للمكثفاتالكهربائية. ويمكن لمكثفات الأيروچيل الفائقة حيث حتى لها مقاومة منخفضة جدا بالمقارنة مع المكثفات الفائقة الطبيعية ويمكن حتى تمتص أوتنتج تيارات ذروة عالية جدا.
شركة دنلوب أدرجت مؤخرا الأيروچيل في نطقب من سلسلة جديدة من مضارب التنس ، وقد استخدمت سابقا في الاسكواش والراكيت.
شالكوچيل أظهر تقدما في إمتصاص الملوثات المعدنية من أمثال الزئبق , الرصاص , والكادميوم من الماء .
ويستخدم الأيروچيل لإدخال اضطراب في الهليوم الفائق - 3

.

الإنتاج

الأمان

انظر أيضا

هلام
Nanogel
Sol gel
Hydrogel
Xerogel
SEAgel
Chalcogel

وصلات خارجية

NASA photos of aerogel
Copy of Lawrence Berkeley National Laboratory page on the Thermal Properties of Silica Aerogels
Another LBL article covering the development of aerogels
Aerogel FAQ at NASA JPL
Aerogel FAQ
"A Solid That's Light As Air", by Dylan Tweney. Wired, 23 February 2006
Aer( )sculpture, Using a Space Material as a Sculptural Medium
Aerogel insulates The House of the Future?
American company researching and producing flexible aerogel blankets for insulation
Swedish company researching aerogel glass for windows
Blog concerned with research, development and manufacture of double glazing insulating glass units with aerogel components
Dunlop develop squash racquets incorporating aerogel

(بالألمانية) Site about producing and working with aerogel
Scientists hail ‘frozen smoke’ as material that will change world
Video of Alex Gash Lawrence Livermore National Laboratory U.S.A. Scientiate showing aerogel and it's properties
Glass from Aerogels
An artistic gallery of Aerogels

المصادر

^ Taher, Abul (2007-08-19). "Scientists hail 'frozen smoke' as material that will change world" (Web). News Article. Times Online. Retrieved 2007-08-22.
^ Kistler S. S. (1931). "Coherent expanded aerogels and jellies". Nature. 127 (3211): 741.
^ Kistler S. S. (1932). "Coherent Expanded-Aerogels". Journal of Physical Chemistry. 36 (1): 52–64. doi:10.1021/j150331a003.
^ مهندسون أمريكيون يكشفون عن "أخف مادة في العالم"، بي بي سي العربية
^ Preventing heat escape through insulation called "aerogel", NASA CPL
^ Down-to-Earth Uses for Space Materials, The Aerospace Corporation
^ Nuckols, M. L. (2005). "Manned Evaluation of a Prototype Composite Cold Water Diving Garment Using Liquids and Superinsulation Aerogel Materials". US Naval Experimental Diving Unit Technical Report. NEDU-05-02. Retrieved 2008-04-21. Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help); Check date values in: |date= (help)
^ Smirnova I., Suttiruengwong S., Arlt W. (2004). "Feasibility study of hydrophilic and hydrophobic silica aerogels as drug delivery systems". Journal of Non-Crystalline Solids. 350: 54–60. doi:10.1016/j.jnoncrysol.2004.06.031.CS1 maint: multiple names: authors list (link)
^ From the Research group Pharmaceutical Thermodynamics of Friedrich - Alexander - University Erlangen - Nuremberg
^ Aerogel Capacitors Support Pulse, Hold-Up, and Main Power Applications
^ Dunlop Squash Racquets
^ Carmichael, Mary. First Prize for Weird: A bizarre substance, like 'frozen smoke,' may clean up rivers, run cell phones and power spaceships. Newsweek International, 2007-08-13. Retrieved on 2007-08-05.
^ Halperin, W. P. and Sauls, J. A., Helium-Three in Aerogel [1].

[3]
NASA's Stardust comet return mission on AEROGEL.
J. Fricke, A. Emmerling (1992). "Aerogels—Preparation, properties, applications". Structure & Bonding. 77: 37–87. doi:10.1007/BFb0036965.
N. Hüsing, U. Schubert (1998). "Aerogels - Airy Materials: Chemistry, Structure, and Properties". Angewandte Chemie International Edition. 37 (1/2): 22–45. doi:10.1002/1521-3773(19980202)37:1/2<22::AID-ANIE22>3.0.CO;2-I.
Pierre A. C., Pajonk G. M. (2002). "Chemistry of aerogels and their applications". Chemical Reviews. 102 (11): 4243–4266. doi:10.1021/cr0101306.