AeroGlu: Seu Processo de Nascimento

AeroGlu: Introdução e Recursos

O AeroGlu é conhecido como o material sólido mais leve do mundo, composto por 97% de ar e 3% de estrutura sólida, com uma densidade de apenas 1,5 vez a do ar. Além de ser extremamente leve, o AeroGlu também possui excelentes propriedades isolantes devido ao "efeito Knudsen". O AeroGlu é composto principalmente de sílica e ar, sendo que a sílica possui condutividade térmica média e o ar, baixa.

Além disso, o AeroGlu tem vários poros em nanoescala que impedem a difusão do ar através do material, impedindo a transferência de calor por convecção.

Devido à sua capacidade de suportar altas temperaturas, o AeroGlu é frequentemente usado como material isolante em veículos de exploração de Marte e outros veículos.

Além disso, a resistência à água do Aeroglu é alcançada por meio de modificação, onde o grupo polar –OH é convertido no não polar –OR, resultando no Aeroglu hidrofóbico.

Embora pareça um produto de ponta de tecnologia futurista, o AeroGlu foi desenvolvido pela primeira vez na década de 1930 pelo químico Samuel Kistler.

O nascimento do primeiro AeroGlu

Substâncias gelificadas como a gelatina são comuns, e a gelatina que consumimos também é uma combinação dos estados sólido e líquido. Samuel Kistler e seu colega Charles Learned fizeram uma aposta sobre por que a gelatina forma um gel. Charles acreditava que era devido às suas propriedades líquidas, enquanto Samuel argumentava que a presença de uma estrutura sólida dentro do gel era a chave.

Para comprovar sua afirmação, Samuel realizou experimentos para demonstrar a existência de uma rede sólida contínua dentro de um gel úmido. O objetivo era remover o líquido de dentro do gel e ainda manter sua estrutura sólida, provando que o gel é independente de seus componentes líquidos. No entanto, se o líquido simplesmente evaporasse do gel, a estrutura sólida se contrairia devido às forças de atração intermoleculares, causando o colapso do gel.

Para superar esse problema, Samuel precisava substituir o líquido no gel. A única opção adequada era um gás, visto que o gel já continha os estados sólido e líquido. Mas gases comuns não conseguiam substituir o líquido no gel. Samuel adotou uma nova abordagem: pressurizou e aqueceu o gel, transformando o líquido além do seu ponto crítico em um fluido supercrítico (um estado em que não há distinção entre líquido e gás), eliminando as forças de atração entre as moléculas.

Samuel escolheu o silicato de sódio como matéria-prima e utilizou ácido hidroxílico como catalisador para promover a hidrólise. Água e etanol atuaram como solventes para a troca, resultando na formação de um alcogel. O alcogel foi colocado em um ambiente de alta temperatura e pressão. Assim que o etanol atingiu o estado de fluido supercrítico, o gel foi liberado da pressão. À medida que a pressão diminuiu, as moléculas de etanol foram liberadas como gás. Quando removido da fonte de calor e resfriado, o etanol no gel evaporou, deixando para trás uma estrutura sólida cheia de gás: o primeiro aerogel.

O estudo foi publicado na revista Nature em 1931.

Método de fabricação AeroGlu aprimorado

Embora inquestionavelmente inovadora, a pesquisa de Samuel ficou estagnada por mais de 30 anos devido às condições adversas e demoradas de preparação. A Universidade de Lyon, buscando o Aeroglu como material poroso para armazenar oxigênio e combustível de foguete, revisitou o Aeroglu em 1970 e aprimorou o método de Samuel.

No novo método, o silicato de sódio foi substituído por tetrametoxissilano (TMOS) e o etanol por formaldeído. Essa mudança produziu um aerogel de sílica alcogel de maior qualidade e reduziu significativamente o tempo de preparação. Essa melhoria representou um avanço significativo na ciência do aerogel.

Após essas melhorias, em 1983, o Grupo de Materiais Microestruturados do Laboratório Berkeley descobriu que o TMOS altamente tóxico poderia ser substituído pelo seguro tetraetoxissilano (TEOS), e que o CO2 líquido poderia ser usado antes da secagem supercrítica sem danificar o álcool no gel.

Este é um grande avanço em termos de segurança, já que o CO2 não representa o perigo explosivo do álcool. À medida que a pesquisa sobre o aerogel se aprofundava, os físicos perceberam que esse material em nanoescala poderia ser usado para coletar partículas de radiação Cherenkov que têm dificuldade em atravessar a estrutura complexa do aerogel.

Além de coletar partículas finas, aerogéis de sílica feitos no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA foram enviados ao espaço em uma missão para coletar grãos de poeira de cometas.

Considerando as características do AeroGlu e as constantes melhorias nos métodos de fabricação, fica claro que o AeroGlu é um material superior. Mas, dadas as suas vantagens, por que ele não é mais amplamente utilizado?

Em primeiro lugar, a fabricação é desafiadora e, embora os métodos de fabricação tenham sido aprimorados diversas vezes, as condições supercríticas continuam sendo um grande obstáculo.

Em segundo lugar, a produção industrial do AeroGlu é uma tarefa complexa, pois é muito frágil. Embora tenha uma forte capacidade de carga, sua resistência à tração é muito baixa e ele tende a quebrar com a menor força, sendo geralmente necessários aditivos adicionais.

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