에어로겔

Aerogel
IUPAC 정의

에어로겔:분산상이 [1][2]기체인 미세공성 고체로 이루어진 겔.

주 1: 에어로겔의 일반적인 예로는 미공성 실리카, 미공성 유리 및 제올라이트가 있습니다.참고 2: [3]참조에서 수정. 여기서 정의는 겔의 잘못된 정의를 반복한 후 구조물의 다공성을 부적절하게 참조하는 것이다.

손에 들고 있는 실리카 에어로겔 블록.

에어로겔은 겔에서 파생된 합성 다공질 초경량 재료의 한 종류로, 겔 [4]구조의 대폭적인 붕괴 없이 겔의 액체 성분이 기체로 대체되었습니다.그 결과 밀도가 매우 낮고[5] 열전도율이 매우 낮은 고체입니다.에어로겔은 다양한 [6]화합물로 만들어질 수 있다.실리카 에어로겔은 터치가 연약하고 팽창된 폴리스티렌처럼 느껴지며, 일부 폴리머 기반 에어로겔은 단단한 발포체처럼 느껴집니다.

에어로겔의 첫 문서화된 예는 1931년 [7]새뮤얼 스티븐스 키슬러에 의해 만들어졌는데, 이는 누가 "젤리"에 있는 액체를 [9][10]수축시키지 않고 기체로 대체할 수 있는지에 대한 찰스 레어드와의 내기의[8] 결과이다.

에어로겔은 초임계 건조 또는 동결 건조로 겔의 액체 성분을 추출하여 제조됩니다.이를 통해 겔의 고체 매트릭스가 모세관 작용에 의해 붕괴되지 않고 액체가 천천히 건조될 수 있습니다(기존 증발로 인한 현상).최초의 에어로겔은 실리카겔로 만들어졌다.키슬러의 이후 연구는 알루미나, 크로미아, 이산화주석을 기반으로 한 에어로겔을 포함했다.탄소 에어로겔은 1980년대 [11]말에 처음 개발되었다.

특성.

분젠 버너의 화염에 매달린 실리카 에어로겔 조각 위에 놓여 있는 꽃.에어로겔은 단열성이 뛰어나 불꽃으로부터 꽃을 보호합니다.

이름에도 불구하고 에어로겔은 물리적 특성에서 젤과 닮지 않은 견고하고 건조한 재료입니다. 에어로겔은 젤로 만들어졌기 때문에 붙여진 이름입니다.에어로겔을 부드럽게 누르면 일반적으로 작은 흔적조차 남지 않습니다. 더 세게 누르면 영구적으로 움푹 패입니다.매우 강하게 누르면 희박한 구조가 파괴되어 유리처럼 부서집니다(파쇄성이라고 알려진 특성). 그러나 더 많은 현대적 변형은 이러한 문제를 겪지 않습니다.부서지기 쉽다는 사실에도 불구하고 구조적으로 매우 튼튼합니다.이것의 인상적인 하중 지지 능력은 평균 크기 2-5nm의 구형 입자가 함께 클러스터로 융합되는 수상돌기 미세 구조 때문이다.이러한 클러스터는 거의 프랙탈 사슬의 3차원 고공질 구조를 형성하며, 모공이 100nm 미만입니다.제조 공정에서 모공의 평균 크기와 밀도를 조절할 수 있습니다.

에어로겔은 공기의 99.8%를 차지하는 소재다.에어로겔은 에어 포켓을 포함하는 다공질 고체 네트워크를 가지고 있으며,[12] 에어 포켓이 재료 내 공간의 대부분을 차지합니다.단단한 재료가 부족하기 때문에 에어로겔은 거의 무중력 상태가 됩니다.

에어로겔은 열 전달의 세 가지 방법 중 두 가지(주로 절연 가스로 구성됨)와 대류(미세 구조가 순 가스 이동을 방해함)를 거의 무효화하므로 좋은 단열재입니다.거의 전체가 열전도체인 가스로 구성되어 있기 때문에 양호한 전도성 절연체입니다(실리카 에어로겔은 열전도체도 부족하기 때문에 특히 좋은 절연체입니다. 반면 금속 에어로겔이나 탄소 에어로겔은 효과가 낮습니다).공기가 격자를 통해 순환할 수 없기 때문에 좋은 대류 억제제입니다.에어로겔은 (열을 전달하는) 적외선 복사가 에어로겔을 통과하기 때문에 방열성이 떨어진다.

에어로겔은 흡습성이 뛰어나 건조하고 강한 건조제 역할을 한다.에어로겔을 장기간 취급하는 사람은 피부에 건조하고 부서지기 쉬운 부분이 생기지 않도록 장갑을 착용해야 합니다.

그것이 가지고 있는 연한 색은 나노 크기의 수지상 구조에 의해 가시광선의 파장이 짧아진 레일리 산란 때문이다.이로 인해 어두운 배경에서는 스모키 블루로, 밝은 배경에서는 노르스름하게 보입니다.

에어로겔 자체는 친수성으로 습기를 흡수하면 수축 등 구조적 변화가 일어나 열화되지만 화학처리를 통해 소수성을 갖게 함으로써 열화를 방지할 수 있다.소수성 내부의 에어로겔은 외부 소수성 층만 있는 에어로겔보다 열화되기 쉬우며, 특히 균열이 표면을 관통하는 경우에는 더욱 그렇습니다.

크누센 효과

에어로겔은 포함된 [13][14]가스의 열 전도율보다 작을 수 있습니다.이는 Knudsen 효과로 인해 발생하며, Knudsen 효과는 가스를 둘러싼 공동 크기가 평균 자유 경로와 비슷해질 때 가스의 열 전도율이 감소합니다.실질적으로 캐비티는 가스 입자의 이동을 제한하여 대류를 제거할 뿐만 아니라 열전도율을 낮춥니다.예를 들어 공기의 열전도율은 STP 및 대형 용기에서는 약 25mW·m−1·K이지만−1 [15]직경 30나노미터의 공극에서는 약 5mW·m−1·K로−1 감소한다.

구조.

에어로겔 구조는 단량체(단순 분자)가 다른 단량체와 반응하여 결합되고, 가교된 고분자로 구성된 물질 또는 그 중 액체 용액의 침전물을 형성하는 솔-겔 중합에서 비롯됩니다.물질이 임계 가열되면 액체가 증발하고 결합된 고분자 프레임이 남습니다.중합과 임계 가열의 결과로 에어로겔로 [16]분류되는 다공질 강구조가 생성된 것입니다.합성의 변화는 에어로겔의 표면적과 세공 크기를 변화시킬 수 있습니다.모공 크기가 작을수록 에어로겔이 [17]파손되기 쉽습니다.

방수 처리

에어로겔에는 직경이 2~5nm인 입자가 포함되어 있습니다.에어로겔을 만드는 과정 후, 그것은 표면에 다량의 수산기를 포함할 것이다.하이드록실기는 에어로겔을 물 속에 넣으면 강한 반응을 일으켜 물 속에서 재앙적으로 용해될 수 있습니다.친수성 에어로겔을 방수하는 한 가지 방법은 표면 수산화기(–OH)를 비극성기(–[18]OR)로 대체할 화학 염기로 에어로겔을 적시는 것입니다. 이 과정은 R이 지방족기일 때 가장 효과적입니다.

에어로겔의 다공성

에어로겔의 다공성을 결정하는 방법에는 가스 흡착, 수은 다공성 측정 및 산란 방법이 있습니다.가스 흡착 시에는 비등점의 질소가 에어로겔 시료에 흡착된다.흡착되는 가스는 샘플 내 모공의 크기와 포화 압력에 상대적인 가스의 부분 압력에 따라 달라집니다.흡착된 가스의 부피는 시료의 특정 표면적을 제공하는 브루나우어, 에미트 및 텔러 공식(BET)을 사용하여 측정됩니다.흡착/탈착 시 높은 부분 압력에서 켈빈 방정식은 샘플의 모공 크기 분포를 제공합니다.수은 기공 측정에서는 에어로겔 다공질계에 수은을 주입하여 기공의 크기를 결정하지만, 에어로겔의 고체 프레임은 높은 압축력에 의해 붕괴되기 때문에 매우 비효율적이다.산란 방법에는 에어로겔 샘플 내의 방사선의 각도 의존적 편향이 포함된다.샘플은 고체 입자 또는 모공일 수 있습니다.방사선이 물질 안으로 들어가 에어로겔 기공 네트워크의 프랙탈 형상을 결정합니다.사용할 수 있는 최선의 방사선 파장은 X선과 중성자입니다.에어로겔은 개방된 다공질 네트워크이기도 합니다. 개방된 다공질 네트워크와 폐쇄된 다공질 네트워크의 차이점은 개방된 네트워크에서는 가스가 제한 없이 물질에 들어오고 나갈 수 있다는 것입니다. 반면 폐쇄된 다공질 네트워크는 가스를 물질 내에 가두어 [19]모공 내에 머무르게 합니다.실리카 에어로겔은 다공성과 표면적이 높기 때문에 다양한 환경 여과 용도로 사용할 수 있습니다.

자재

2.5kg의 벽돌은 질량이 2g인 에어로겔 조각으로 지지된다.

실리카 에어로겔

실리카 에어로겔은 에어로겔의 가장 일반적인 유형이며, 사용 중이거나 [20][21]연구 중인 주요 유형입니다.이는 실리카 기반이며 실리카 겔 또는 변형된 스토버 공정에서 파생될 수 있습니다.별명은 반투명한 성질과 물질이 빛을 산란하는 방식 때문에 얼어붙은 연기,[22] 고체 연기, 고체 공기, 고체 구름, 푸른 연기입니다.가장 낮은 밀도의 실리카 나노폼의 무게는 1,000 g/[23]m로33 [24]기록 에어로겔의 진공 버전입니다.공기의 밀도는 1,200 g/m3(20°C 및 1atm)[25]입니다.2013년 기준으로, 에어로그래핀은 160 g/m로3, 즉 상온에서 [26]공기 밀도의 13%로 더 낮은 밀도를 보였습니다.

실리카는 부피의 3%에 불과한 3차원 얽힌 클러스터로 응고됩니다.따라서 고체를 통한 전도는 매우 낮습니다.부피의 나머지 97%는 극소 나노포어의 공기로 구성되어 있습니다.공기는 이동할 공간이 거의 없기 때문에 대류와 기상 [27]전도를 모두 억제합니다.

또한 실리카 에어로겔은 ~99%의 높은 광투과율과 [28]1.05의 낮은 굴절률을 가지고 있습니다.연속파 상태에서 고출력 입력 빔에 대해 매우 강력하며 비등 또는 [29]녹는 현상을 보이지 않습니다.이 특성은 일반적으로 액체 물질에 의해 접근할 수 없는 영역의 무질서한 상태에서 고강도 비선형 파동을 연구할 수 있게 하여 비선형 광학에 유망한 재료가 된다.

이 에어로겔은 열전도율이 매우 낮은 단열 특성을 가지고 있습니다. 즉, 대기압에서 0.03 W−1·m−1[30]·K부터 중간 진공에서 0.004−1 W·m−1[23]·K까지이며, 이는 14~105(미국 관례), 3.5mm 두께에서 3.0~22.2(미터)의 R 값에 해당합니다.비교를 위해 일반적인 벽 단열재는 동일한 두께에 대해 13(미국 관습) 또는 2.7(미터)입니다.용융점은 1,473K(1,200°C; 2,192°F)입니다.또한 문헌에서 실험적으로 생산된 단일 표본의 경우 1atm에서 [31]0.009 W·m−1·K에−1 도달하는 더 낮은 전도율이 보고되었다.

2011년까지 실리카 에어로겔은 최고의 단열재와 최저 밀도의 고체 등 재료 특성으로 기네스 세계 기록에 15개의 출품작을 보유하고 있었지만, 2012년에는[32] 훨씬 가벼운 재료 에어로그래피트에 이어 [33][34]2013년에는 에어로라인에 의해 타이틀에서 밀려났다.

카본

탄소 에어로겔은 나노미터 범위의 크기의 입자로 구성되어 공유 결합됩니다.매우 높은 다공성(50% 이상, 모공 직경 100nm 미만)과 400~1000m2/g 범위의 표면적을 가지고 있습니다.합성지로 제조되는 경우가 많습니다.카본 섬유로 제조된 부직포로 레조르시놀-포름알데히드 에어로겔이 함침되어 열분해됩니다.밀도에 따라 카본 에어로겔은 전기 전도성이 있어 복합 에어로겔 종이가 캐패시터 또는 탈이온 전극에 유용하게 사용될 수 있습니다.카본 에어로겔은 표면적이 매우 높기 때문에 슈퍼 캐패시터를 만드는 데 사용되며, 104F/g 및 77F3/cm의 캐패시턴스 밀도를 기준으로 최대 수천 개의 패러드 값을 갖습니다.또한 탄소 에어로겔은 적외선 스펙트럼에서 매우 "검은색"으로 250nm와 14.3µm 사이의 방사선을 0.3%만 반사하여 태양 에너지 수집기에 효율적이다.

특정 화학 증착 기술을 통해 생성된 탄소 나노튜브의 공기 질량을 설명하는 "에어로겔"이라는 용어는 올바르지 않습니다.이러한 재료는 Kevlar보다 강도가 높고 독특한 전기적 특성을 가진 섬유로 방적할 수 있습니다.그러나 이 재료들은 에어로겔의 특징인 모놀리식 내부구조와 규칙적인 세공구조가 없기 때문에 에어로겔이 아닙니다.

금속 산화물

금속 산화물 에어로겔은 다양한 화학 반응/변환의 촉매 또는 다른 물질의 전구체로 사용됩니다.

산화 알루미늄으로 만들어진 에어로겔은 알루미나 에어로겔로 알려져 있습니다.이러한 에어로겔은 특히 알루미늄 이외의 금속으로 "도핑"할 때 촉매로 사용됩니다.니켈-알루미나 에어로겔은 가장 일반적인 조합입니다.NASA는 고속 입자를 포착하기 위해 알루미나 에어로겔도 고려하고 있다. 가돌리늄과 터비움으로 도핑된 제제는 충돌 에너지에 따라 형광의 양이 달라지는 입자 충돌 현장에서 형광을 발생시킬 수 있다.

실리카 에어로겔과 금속 산화물 에어로겔의 가장 주목할 만한 차이점 중 하나는 금속 산화물 에어로겔이 종종 다양한 색을 띤다는 것입니다.

에어로겔 색.
실리카, 알루미나, 티타니아, 지르코니아 파란색 또는 흰색으로 산란된 레일리 사용으로 투명
산화철 적갈색 또는 황색, 불투명
크로미아 짙은 녹색 또는 짙은 파란색, 불투명
바나디아 올리브 그린, 불투명
산화 네오디뮴 보라색, 투명
사마리아 노란색, 투명
홀미아, 엘비아 핑크, 투명

[35]

다른.

유기 고분자는 에어로겔을 만드는데 사용될 수 있다.SEAGEL은 한천으로 만들어집니다.에어로제로 필름은 폴리이미드로 만들어졌다.식물의 셀룰로오스를 사용하여 유연한 [36]에어로겔을 만들 수 있습니다.

GraPhage13은 산화그래핀과 M13 박테리오파지를 [37]사용하여 조립된 최초의 그래핀 기반 에어로겔입니다.

칼코겔은 유황, 셀레늄 및 기타 [38]원소와 같은 칼코겐(산소로 시작하는 주기율표의 원소 열)으로 만들어진 에어로겔이다.백금보다 저렴한 금속이 그 생성에 사용되어 왔다.

다공질 3차원 네트워크에서 카드뮴 셀렌화 양자 도트로 이루어진 에어로겔이 반도체 산업용으로 [39]개발되었습니다.

에어로겔 성능은 도판트, 보강 구조물 및 하이브리드 화합물을 첨가함으로써 특정 용도에 맞게 향상될 수 있다.예를 들어, 스페이스로프트는 에어로겔과 섬유질 [40]배팅의 합성물이다.

적용들

  • The "Stardust" dust collector with aerogel blocks. (NASA)

    에어로겔 블록이 있는 "스타더스트" 집진기. (NASA)

  • Cosmic dust caught in aerogel blocks from "Stardust". (NASA)

    스타더스트에서 에어로겔 블록에 포착된 우주 먼지. (NASA)

  • Cosmic dust tracks from a comet caught in aerogel blocks from "Stardust". (NASA)

    "스타더스트"의 에어로겔 블록에 걸린 혜성의 우주 먼지 흔적. (NASA)

  • Oil absorption by an aerogel.[41] (Scientific Reports)

    에어로겔에 [41]의한 오일 흡수(과학적 보고)

  • An aerogel held up by hair.[41] (Scientific Reports)

    머리카락으로 [41]받쳐진 에어로겔.(과학적 보고)

  • An aerogel holding crayons, with a flame lit underneath, demonstrating its excellent insulation from heat. (NASA)

    크레용을 들고 있는 에어로겔.아래에 불꽃이 피워져 있어 방열성이 뛰어납니다.(NASA)

에어로겔은 다양한 용도로 사용됩니다.

  • 단열재. 섬유 강화 실리카 에어로겔 절연 보드를 사용하면 기존 재료에 비해 절연 두께를 약 50% 줄일 수 있습니다.따라서 실리카 에어로겔 보드는 역사적인 건물의 개조 또는 밀집된 도시 지역의 [43]적용에 매우 적합합니다.다른 예로, 에어로겔은 이러한 목적을 위해 천창에 입상 형태로 추가되었다.조지아 공대의 2007년 솔라 10종 경기 하우스 프로젝트는 반투명 [44]지붕의 단열재로 에어로겔을 사용했습니다.
  • 유출물을 [45]청소하는 화학 흡착제입니다.여과에는 실리카 에어로겔을 사용할 수 있다.그들은 표면적이 높고 다공성이며 초소수성입니다.중금속 제거에 사용할 수 있습니다.이는 폐수 [46]처리에 적용될 수 있다.
  • 촉매 또는 촉매 캐리어.[47][48][7]
  • 실리카 에어로겔은 영상 소자, 광학, [49]도광에 사용할 수 있습니다.
  • 일부 페인트 및 [50][47][51]화장품의 증점제.
  • 에너지 [52]흡수기의 구성요소로 사용됩니다.
  • 미국 국립 점화 시설(NIF)[53]의 레이저 타깃.
  • 변환기, 스피커 및 레인지 파인더의 [54]임피던스 매처에 사용되는 재료입니다.
  • 힌다위의 나노물질 저널에 따르면 에어로겔은 의류와 담요와 같은 보다 유연한 재료에 사용된다: "실리카 에어로겔과 부서지기 쉬운 에어로겔을 내구성이 있고 유연한 재료로 바꾸는 섬유 보강재를 결합한 에어로겔의 상업적 제조는 2000년경에 시작되었다.제품의 기계적 특성과 열적 특성은 [47]복합체에 포함된 강화 섬유, 에어로겔 매트릭스 및 운영화 첨가제의 선택에 따라 달라질 수 있습니다."
  • 실리카 에어로겔은 우주 [55][56]먼지로도 알려진 우주 먼지를 포착하는데 사용되어 왔다.나사는 스타더스트 [57]우주선의 우주 먼지 입자를 잡기 위해 에어로겔을 사용했다.이 에어로겔 집진기는 [58]질량이 매우 낮습니다.입자는 고체와의 충돌로 증발해 가스를 통과하지만 에어로겔에 갇힐 수 있다.NASA는 또한 화성 [59][60][47]탐사선들의 단열재로 에어로겔을 사용했다.
  • 미 해군은 속옷에 에어로겔을 사용하는 것이 [61][47]잠수부들을 위한 수동적인 보온이라고 평가했다.이와 유사하게, NASA는 에어로겔을 [62][47]우주복 단열재로 사용해 왔다.
  • KEKB의 벨 실험에 사용된 벨 검출기의 ACC 시스템과 같은 체렌코프 효과 검출기의 방사기로서의 입자 물리학.[63]에어로겔의 적합성은 낮은 굴절률로 기체와 액체 사이의 간격을 메우고 투명성과 고체 상태에 따라 결정되며, 극저온 액체나 [64]압축 가스보다 사용이 용이합니다.
  • 탄소 에어로겔의 제조 또는 큰 표면을 가진 유기 절연체가 [65]필요한 경우, 레조르시놀-포름알데히드 에어로겔(페놀 포름알데히드 수지와 화학적으로 유사한 폴리머)을 전구체로 사용한다.
  • 하이드로겔에 전이금속 이온을 포함한 용액을 함침시켜 감마선을 조사함으로써 제조된 금속-에어로겔 나노복합체는 금속의 나노입자를 침전시킨다.이러한 복합 재료는 촉매, 센서, 전자파 차폐 및 폐기물 처리에 사용될 수 있습니다.백금-온-탄소 촉매의 미래적 용도는 연료 [citation needed]전지에 있습니다.
  • 생체 적합성 때문에 약물 전달 시스템으로서.높은 표면적과 다공질 구조 때문에 초임계
    2     CO로부터 약물이 흡착될 수 있다.    약물의 방출 속도는 에어로겔의 [66]특성을 변경하여 조정할 수 있습니다.
  • 탄소 에어로겔은 소형 전기화학 이중층 슈퍼 캐패시터의 건설에 사용됩니다.에어로겔의 표면적이 높기 때문에 이 콘덴서는 유사한 정격의 전해 [67]콘덴서의 1/2000 ~ 1/5000 사이즈가 될 수 있습니다.힌다위의 나노물질 저널에 따르면 에어로겔 슈퍼캐패시터는 일반 슈퍼캐패시터에 비해 임피던스가 매우 낮고 피크 전류를 흡수하거나 발생시킬 수 있다.현재 이러한 콘덴서는 극성에 민감하며 약 2.75V 이상의 작동 전압이 필요한 [47]경우 직렬로 배선해야 합니다."
  • 던롭스포트는 테니스와 [68]같은 스포츠용 라켓 중 일부에 에어로겔을 사용한다.
  • 수질 정화에서, 칼코겔은 물에서 중금속 오염 물질인 수은, 납,[69] 카드뮴을 흡수할 가능성이 있는 것으로 나타났습니다.에어로겔은 기름과 물을 분리하는 데 사용될 수 있으며, 예를 들어 기름 [70][46][41]유출에 대응하는 데 사용될 수 있습니다.에어로겔은 물을 소독하여 [71][72]박테리아를 죽이는 데 사용될 수 있습니다.
  • 에어로겔은 초유체 헬륨-3에 [73]장애를 일으킬 수 있다.
  • 항공기 제빙에서는 새로운 제안이 카본 나노튜브 에어로겔을 사용한다.와인더에서 얇은 필라멘트를 돌려 10미크론 두께의 필름을 만듭니다.점보 제트기의 날개를 덮는 데 필요한 재료의 양은 80그램(2.8온스)이다.에어로겔 히터는 얼음이 형성되는 [74]것을 방지하기 위해 저출력으로 계속 켜져 있을 수 있다.
  • 쉐보레 콜벳(C7)[75]의 단열 전송 터널.
  • CamelBak은 보온 스포츠 병에 [76]에어로겔을 단열재로 사용한다.
  • 45 North는 Sturmfist 5 자전거 [77]장갑을 손바닥 단열재로 에어로겔을 사용한다.
  • 실리카 에어로겔은 창문이나 건축 [78][79]등의 방음 용도로 사용할 수 있습니다.

생산.

캘리포니아 공과대학 제트 추진 연구소의 에어로겔 샘플 제작자인 Peter Tsou.

실리카 에어로겔은 일반적으로 솔겔 공정을 사용하여 합성됩니다.첫 번째 단계는 "솔"로 알려진 고체 입자의 콜로이드 현탁액을 만드는 것입니다.전구체는 테트라메톡시실란(TMOS), 테트라에톡시실란(TEOS) 및 폴리에톡시실록산(PEDS)[80]과 혼합된 에탄올과 같은 액체 알코올입니다.실리카 용액은 촉매와 혼합되어 [81]이산화규소 입자를 형성하는 가수분해 반응 중에 겔화됩니다.산화물 현탁액은 응축 반응을 시작하여 분산된 콜로이드 [82]입자를 연결하는 금속 산화물 브리지(M–O–M, "oxo" 브리지 또는 M–OH–M, "ol" 브리지)가 생성됩니다.이러한 반응은 일반적으로 반응 속도가 다소 느리기 때문에 처리 속도를 향상시키기 위해 산성 촉매 또는 염기성 촉매가 사용됩니다.기본 촉매는 보다 투명한 에어로겔을 생성하고 건조 과정에서 수축을 최소화하며 건조 [81]시 모공 붕괴를 방지하기 위해 강화되는 경향이 있습니다.

마지막으로 에어로겔 건조공정에서는 에어로겔을 그대로 유지하면서 실리카 네트워크를 둘러싼 액체를 조심스럽게 제거하고 공기로 치환한다.액체가 자연적인 속도로 증발하도록 허락된 젤을 제로겔이라고 한다.액체가 증발함에 따라 액체 고체 계면의 표면 장력에 의해 발생하는 힘은 취약한 겔 네트워크를 파괴하기에 충분합니다.그 결과, 제로겔은 높은 다공성을 달성할 수 없고 낮은 다공성으로 피크를 이루며 건조 [83]후 대량의 수축이 나타난다.용매 증발이 느린 동안 섬유 붕괴를 방지하고 액체-고체 계면의 표면 장력을 줄이기 위해 에어로겔은 동결 건조(냉동 건조)로 형성될 수 있습니다.파이버의 농도와 재료 동결 온도에 따라 최종 에어로겔의 다공성 등의 특성이 [84]영향을 받습니다.

1931년 최초의 에어로겔을 개발하기 위해 키슬러는 직접 상변화를 [20]피하는 초임계 건조라고 알려진 공정을 사용했습니다.온도와 압력을 높임으로써 액체를 초임계 유체 상태로 만들었으며, 압력을 떨어뜨림으로써 에어로겔 내부의 액체를 즉시 기화시키고 제거할 수 있어 섬세한 3차원 네트워크의 손상을 피할 수 있었습니다.이 작업은 에탄올을 사용하여 수행할 수 있지만 고온과 압력으로 인해 가공 상태가 위험합니다.보다 안전하고 낮은 온도 및 압력 방법에는 용제 교환이 포함됩니다.이것은 일반적으로 초기 수성 기공 액체를 에탄올이나 아세톤과 같은 CO 혼합2 가능한 액체와 교환한 다음 액체 이산화탄소로 전환한 다음 이산화탄소를 임계점 이상으로 끌어올림으로써 이루어집니다.이 프로세스의 변형으로는 에어로겔이 들어 있는 압력 용기에 초임계 이산화탄소를 직접 주입하는 방법이 있습니다.두 공정의 최종 결과는 겔 구조가 붕괴되거나 부피가 [81]감소하지 않고 겔의 초기 액체를 이산화탄소와 교환합니다.

레조르시놀-포름알데히드 에어로겔(RF 에어로겔)은 실리카 에어로겔의 생산과 유사한 방식으로 제조된다.이 레조르시놀-포름알데히드 에어로겔로부터 불활성 가스 분위기에서의 열분해로 탄소 [85]에어로겔을 만들 수 있어 탄소 매트릭스를 남긴다.그 결과 발생하는 탄소 에어로겔은 고체 형태, 분말 또는 복합 [86]용지를 만드는 데 사용될 수 있습니다.첨가제는 특정 용도에 사용할 수 있도록 에어로겔의 특정 특성을 개선하는 데 성공했습니다.에어로겔 복합 재료는 다양한 연속 및 불연속 보강재를 사용하여 제작되었습니다.섬유유리와 같은 섬유의 높은 애스펙트비는 대폭 개선된 기계적 특성을 가진 에어로겔 복합재료를 보강하는 데 사용되어 왔다.

안전.

실리카 기반 에어로겔은 발암성이나 독성이 있는 것으로 알려져 있지 않다.그러나 그것들은 눈, 피부, 호흡기, 소화기 계통에 대한 기계적 자극제이다.그들은 또한 피부, 눈,[87] 점막의 건조를 유발할 수 있다.따라서 특히 먼지나 미세한 파편이 [88]발생할 수 있는 경우 맨 에어로겔을 취급하거나 처리할 때는 호흡 보호구, 장갑 및 보안경을 포함한 보호구를 착용하는 것이 좋습니다.

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