การผลิตSilicaAerogels
โดยทั่วไป Silica aerogels จะถูกสังเคราะห์โดยใช้กระบวนการโซลเจล ขั้นตอนแรกคือการสร้าง colloidalสารแขวนลอย ของอนุภาคของแข็งที่เรียกว่า “โซล” สารตั้งต้นเป็นของเหลว แอลกอฮอล์ เช่นเอทานอลซึ่งผสมกับ ซิลิกอนอัลคอกไซด์ เช่น tetramethoxysilane (TMOS), tetraethoxysilane ( TEOS) และ polyethoxydisiloxane (PEDS) (งานก่อนหน้านี้ใช้โซเดียมซิลิเกต)
สารละลายของซิลิกาผสมกับตัวเร่งปฏิกิริยาและปล่อยให้เจลระหว่างปฏิกิริยา ไฮโดรไลซิส ซึ่งก่อตัวเป็นอนุภาคของซิลิคอนไดออกไซด์ สารแขวนลอยออกไซด์เริ่มได้รับ ปฏิกิริยาการควบแน่น ซึ่งส่งผลให้มีการสร้างสะพานโลหะออกไซด์ (M – O – M สะพาน “oxo” หรือ M – OH – M ” ol “bridges) เชื่อมโยงอนุภาคคอลลอยด์ที่กระจายตัว ปฏิกิริยาเหล่านี้โดยทั่วไปมีอัตราการเกิดปฏิกิริยาช้าปานกลางและด้วยเหตุนี้จึงใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา ที่เป็นกรดหรือพื้นฐาน เพื่อปรับปรุงความเร็วในการประมวลผล ตัวเร่งปฏิกิริยาพื้นฐานมีแนวโน้มที่จะผลิตแอโรเจลที่โปร่งใสมากขึ้นและลดการหดตัวน้อยที่สุดในระหว่างกระบวนการทำให้แห้งและยังเสริมความแข็งแกร่งเพื่อป้องกันการยุบตัวของรูขุมขนในระหว่างการอบแห้ง
ในที่สุดในระหว่างกระบวนการทำให้แห้งของแอร์เจลของเหลวที่อยู่รอบ ๆ เครือข่ายซิลิกา ถอดและเปลี่ยนด้วยอากาศอย่างระมัดระวังในขณะที่ทำให้ airgel ไม่เสียหาย เจลที่ของเหลวได้รับอนุญาตให้ระเหยในอัตราธรรมชาติเรียกว่า xerogels เมื่อของเหลวระเหยแรงที่เกิดจาก ความตึงผิว ของอินเตอร์เฟส ของเหลวและของแข็ง ก็เพียงพอที่จะทำลายเครือข่ายเจลที่เปราะบาง เป็นผลให้ซีโรเจลไม่สามารถมีรูพรุนสูงและแทนที่จะอยู่สูงสุดที่รูพรุนที่ต่ำกว่าและมีการหดตัวจำนวนมากหลังจากการอบแห้ง เพื่อหลีกเลี่ยงการยุบตัวของเส้นใยในระหว่างการระเหยของตัวทำละลายอย่างช้าๆและลดความตึงผิวของส่วนต่อประสานของเหลวและของแข็งแอโรเจลสามารถเกิดขึ้นได้โดย การทำให้แห้งด้วยวิธีไลโอฟิไลเซชัน (การทำให้แห้งแบบเยือกแข็ง) ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของเส้นใยและอุณหภูมิในการตรึงวัสดุคุณสมบัติเช่นความพรุนของ airgel ขั้นสุดท้ายจะได้รับผลกระทบ
ในปี 1931 ในการพัฒนาแอโรเจลรุ่นแรก Kistler ใช้กระบวนการที่เรียกว่า การทำให้แห้งแบบวิกฤตยิ่งยวด ซึ่งหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนเฟสโดยตรง โดยการเพิ่มอุณหภูมิและความดันเขาบังคับให้ของเหลวอยู่ในสถานะ supercritical fluid โดยการลดความดันเขาสามารถทำให้เป็นแก๊สและกำจัดของเหลวภายใน airgel ได้ทันทีเพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายต่อเครือข่ายสามมิติที่ละเอียดอ่อน แม้ว่าจะสามารถทำได้ด้วย เอทานอล แต่อุณหภูมิและความกดดันที่สูงทำให้เกิดสภาวะการแปรรูปที่เป็นอันตราย วิธีการที่ปลอดภัยกว่าอุณหภูมิและความดันต่ำกว่านั้นเกี่ยวข้องกับการแลกเปลี่ยนตัวทำละลาย โดยทั่วไปจะทำได้โดยการแลกเปลี่ยนของเหลวในรูพรุนเริ่มต้นสำหรับของเหลวที่ละลายไม่ได้ CO2เช่นเอทานอลหรือ อะซิโตน จากนั้นไปยังคาร์บอนไดออกไซด์เหลวจากนั้นนำคาร์บอนไดออกไซด์ไปไว้เหนือจุดวิกฤต . ตัวแปรในกระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการฉีดคาร์บอนไดออกไซด์ที่วิกฤตยิ่งยวดเข้าไปในภาชนะรับความดันที่มี airgel โดยตรง ผลลัพธ์สุดท้ายของกระบวนการแลกเปลี่ยนของเหลวเริ่มต้นจากเจลด้วยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์โดยไม่ปล่อยให้โครงสร้างเจลยุบหรือสูญเสียปริมาตร
Resorcinol – ฟอร์มาลดีไฮด์ airgel (RF airgel) ถูกสร้างขึ้น ในลักษณะที่คล้ายกับการผลิตซิลิกาแอร์เจล จากนั้นคาร์บอนแอร์เจลสามารถทำจาก resorcinol – ฟอร์มาลดีไฮด์แอร์เจลโดย ไพโรไลซิส ในบรรยากาศ ก๊าซเฉื่อย ทิ้งเมทริกซ์ คาร์บอน มีจำหน่ายทั่วไปในรูปแบบของแข็งแป้งหรือกระดาษคอมโพสิต สารเติมแต่งประสบความสำเร็จในการเพิ่มคุณสมบัติบางอย่างของ airgel สำหรับการใช้งานเฉพาะ Airgel คอมโพสิต ถูกสร้างขึ้นโดยใช้การเสริมกำลัง แบบต่อเนื่องและไม่ต่อเนื่องหลากหลาย มีการใช้เส้นใยอัตราส่วนสูงเช่น ไฟเบอร์กลาส เพื่อเสริมกำลังคอมโพสิตของแอร์เจลด้วยคุณสมบัติเชิงกลที่ดีขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ
ความปลอดภัย
แอโรเจลที่ทำจากซิลิกาไม่ทราบว่าเป็น สารก่อมะเร็ง หรือเป็นพิษ อย่างไรก็ตามพวกมันเป็น ระคายเคืองเชิงกล ต่อดวงตาผิวหนังทางเดินหายใจและระบบย่อยอาหาร นอกจากนี้ยังสามารถกระตุ้นให้เกิดความแห้งกร้านของผิวหนังดวงตาและเยื่อเมือก ดังนั้นขอแนะนำให้สวมอุปกรณ์ป้องกันรวมทั้งอุปกรณ์ป้องกันระบบทางเดินหายใจถุงมือและแว่นครอบตาทุกครั้งที่ใช้งานหรือประมวลผลแอโรเจลเปล่าโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อฝุ่นละอองหรือเศษเล็กเศษน้อยอาจเกิดขึ้น
สามารถใช้โพลีเมอร์อินทรีย์เพื่อสร้างแอโรเจลได้ SEAgel ทำจาก agar ฟิล์ม AeroZero ทำจาก polyimide เซลลูโลสจากพืชสามารถนำมาใช้เพื่อสร้างแอร์เจลที่ยืดหยุ่นได้
GraPhage13 เป็นแอร์เจลที่ใช้กราฟีนตัวแรกที่ประกอบโดยใช้ กราฟีนออกไซด์ และ M13 แบคเทอริโอเฟจ .
Chalcogel คือ airgel ที่ทำจาก chalcogens (คอลัมน์ของธาตุบนตารางธาตุที่ขึ้นต้นด้วยออกซิเจน) เช่นกำมะถันซีลีเนียมและธาตุอื่น ๆ มีการใช้โลหะราคาไม่แพงกว่าทองคำขาวในการสร้าง
Aerogels ที่ทำจาก แคดเมียมซีลีเนียม จุดควอนตัม ในเครือข่าย 3 มิติที่มีรูพรุนได้รับการพัฒนาเพื่อใช้ในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์
ประสิทธิภาพของ Airgel อาจถูกเพิ่มสำหรับการใช้งานเฉพาะโดยการเติม สารเจือปน โครงสร้างเสริมแรงและสารประกอบไฮบริด Aspen Aerogels ผลิตผลิตภัณฑ์เช่น Spaceloft ซึ่งเป็นส่วนประกอบของ airgel ที่มีเส้นใยบางชนิด
