AeroGlu：它的誕生過程
AeroGlu：簡介和特點
AeroGlu 被譽為世界上最輕的固體材料，由 97% 的空氣和 3% 的固體結構組成，密度僅為空氣的 1.5 倍。除了極輕之外，AeroGlu 還因「克努森效應」而具有出色的隔熱性能。 AeroGlu 主要由二氧化矽和空氣組成，二氧化矽的導熱係數中等，而空氣的導熱係數較低。
此外，AeroGlu 具有許多奈米級孔隙，可防止空氣通過材料擴散，從而阻礙對流傳熱。
由於其耐高溫的能力，AeroGlu 經常被用作火星探測器和其他車輛的絕緣材料。
此外，Aeroglu 的耐水性是透過改性實現的，其中極性的 –OH 基團轉化為非極性的 –OR，從而產生疏水性的 Aeroglu。
儘管 AeroGlu 看起來像是未來科技的尖端產品，但它實際上是由化學家 Samuel Kistler 在 20 世紀 30 年代首次開發的。
第一台 AeroGlu 的誕生
像明膠這樣的凝膠狀物質很常見，我們吃的明膠也是固態和液態的結合體。塞繆爾·基斯特勒和他的同事查爾斯·勒恩德就明膠形成凝膠的原因打了個賭。查爾斯認為這是因為明膠具有液體特性，而塞繆爾則認為凝膠內部的固體結構才是關鍵。
為了證明他的觀點，塞繆爾進行了實驗，證明在濕凝膠中存在連續的固體網絡。實驗的目的是去除凝膠中的液體，同時仍保留其固體結構，從而證明凝膠不依賴其液體成分。然而，如果只是讓液體從凝膠中蒸發，固體結構就會因分子間引力而收縮，導致凝膠崩塌。
為了解決這個問題，塞繆爾需要替換凝膠中的液體。唯一合適的選擇是氣體，因為凝膠中已經包含了固態和液態。但普通氣體無法取代凝膠中的液體。塞繆爾採取了一種新方法：他對凝膠進行加壓和加熱，使液體超過臨界點，轉變為超臨界流體（一種液體和氣體不再區分的狀態），從而消除了分子之間的吸引力。
塞繆爾選擇矽酸鈉作為原料，並使用羥基酸作為催化劑促進水解。水和乙醇作為溶劑進行交換，最終形成了醇凝膠。將醇凝膠置於高溫高壓環境。當乙醇達到超臨界流體狀態時，凝膠便會脫離壓力。隨著壓力降低，乙醇分子以氣體形式釋放。當凝膠脫離熱源並冷卻後，凝膠中的乙醇蒸發，留下充滿氣體的固體結構：最初的氣凝膠。
該研究於1931年發表在《自然》雜誌。
改良的 AeroGlu 製造方法
儘管塞繆爾的研究無疑是開創性的，但由於製備條件苛刻且耗時，他的研究停滯了30多年。里昂大學尋求將Aeroglu用作儲存氧氣和火箭燃料的多孔材料，於1970年重新審視了Aeroglu，並改進了塞繆爾的方法。
在新方法中，矽酸鈉被四甲氧基矽烷 (TMOS) 取代，乙醇被甲醛取代。這項改變不僅生產出了更高品質的二氧化矽氣凝膠，還顯著縮短了製備時間。這項改進標誌著氣凝膠科學的重大進步。
經過這些改進，1983 年，伯克利實驗室的微結構材料小組發現，劇毒的 TMOS 可以用安全的正矽酸乙酯 (TEOS) 代替，並且可以在超臨界乾燥之前使用液態二氧化碳，而不會損壞凝膠中的酒精。
這是一項重大的安全進步，因為二氧化碳不像酒精那樣爆炸危險。隨著對氣凝膠研究的深入，物理學家意識到這種奈米級材料可以用來收集難以穿過氣凝膠複雜結構的切倫科夫輻射粒子。
除了收集細小顆粒外，美國太空總署噴射推進實驗室製造的二氧化矽氣凝膠也被送入太空，執行收集彗星塵埃顆粒的任務。
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