แอโรเจลคืออะไร

แอโรเจลเป็นวัสดุแข็งที่มีรูพรุนระดับนาโนชนิดหนึ่งซึ่งเกิดขึ้นโดยวิธีโซลเจล ซึ่งเฟสของเหลวในเจลจะถูกแทนที่ด้วยก๊าซด้วยวิธีการทำให้แห้งบางอย่าง [1] เช่นเจลาติน หมากฝรั่งอาราบิค ซิลิโคน ผม เล็บ เป็นต้น นอกจากนี้ Airgel ยังมีคุณสมบัติของเจลคือการขยายตัว thixotropy และ desizing
Airgel เป็นของแข็งที่เล็กที่สุดในโลก และเป็นหนึ่งในสิบเทคโนโลยีเกิดใหม่ในสาขาเคมีในปี 2022
แอโรเจลเป็นรูปแบบวัสดุแข็งชนิดหนึ่งซึ่งมีความหนาแน่นน้อยที่สุดในโลก ความหนาแน่น 3 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร แอโรเจลทั่วไปคือเจลแอโรเจลซิลิคอน ซึ่งคิดค้นครั้งแรกโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน คิสต์เลอร์ ในปี 1931 เพื่อเล่นการพนันกับเพื่อนของเขา แอโรเจลมีหลายชนิด เช่น ซิลิคอน คาร์บอน ซัลเฟอร์ โลหะออกไซด์ โลหะ และอื่นๆ Airgel เป็นคำประสม aero เป็นคำคุณศัพท์ในที่นี้ แปลว่า "ในอากาศ" เจลก็คือเจลชัดๆ ความหมายคือ เจลแห่งอากาศ. เจลของสารใดๆ ก็ตามสามารถเรียกว่าแอโรเจลได้ตราบใดที่สามารถแห้งเพื่อขจัดตัวทำละลายภายในและคงรูปร่างโดยทั่วไปไว้ไม่เปลี่ยนแปลง และผลิตภัณฑ์มีความพรุนสูงและมีความหนาแน่นต่ำ
เนื่องจากความหนาแน่นต่ำมาก แอโรเจลที่เบาที่สุดจึงมีค่าเพียง 0.16 มก./ซม.3 ซึ่งต่ำกว่าความหนาแน่นของอากาศเล็กน้อย จึงเรียกอีกอย่างว่า "ควันแช่แข็ง" หรือ "ควันสีน้ำเงิน" เนื่องจากอนุภาคภายในมีขนาดเล็กมาก (ที่ระดับนาโนเมตร) แสงที่มองเห็นจึงกระจายน้อยลงเมื่อผ่านเข้าไป (การกระเจิงของเรย์ลี) เช่นเดียวกับแสงแดดที่ส่องผ่านอากาศ ดังนั้น จึงปรากฏเป็นสีฟ้าเหมือนท้องฟ้า (หากไม่มีสิ่งใดปะปนอยู่) และเป็นสีแดงเล็กน้อยเมื่อมองต่อหน้าแสง ท้องฟ้าเป็นสีฟ้า ท้องฟ้ายามเย็นเป็นสีแดง เนื่องจากแอโรเจลมากกว่า 80% เป็นอากาศ จึงมีคุณสมบัติเป็นฉนวนความร้อนได้ดีมาก แอโรเจลหนา 1 นิ้วเทียบเท่ากับกระจกธรรมดา 20 ถึง 30 ชิ้น ถึงแม้จะวางแอโรเจลไว้ระหว่างดอกกุหลาบกับเปลวไฟ แต่ดอกกุหลาบก็จะไม่เสียหายแต่อย่างใด แอโรเจลยังมีประโยชน์หลายอย่างในการสำรวจอวกาศ ซึ่งรวมถึงสถานีอวกาศ "สันติภาพ" ของรัสเซีย และยานอวกาศ "มาร์ส พาธไฟน์เดอร์" ของอเมริกา นอกจากนี้ แอโรเจลยังใช้เป็นเครื่องตรวจจับผลกระทบของเชเรนคอฟในการทดลองฟิสิกส์ของอนุภาคอีกด้วย เครื่องแยกแยะอนุภาคที่เรียกว่า Airgel Cherenkov Counter (ACC) ในเครื่องตรวจจับการทดลอง Belle ของโรงงานบีมีซอน ซึ่งเป็นสถาบันวิจัยเครื่องเร่งพลังงานสูง- เป็นตัวอย่างการใช้งานล่าสุด แอโรเจลที่ใช้ในเครื่องตรวจจับนี้มีคุณลักษณะของดัชนีการหักเหของแสงต่ำระหว่างของเหลวและก๊าซ ตลอดจนการส่งผ่านและสถานะของแข็งสูง ซึ่งเหนือกว่าวิธีดั้งเดิมในการใช้ของเหลวแช่แข็งหรืออากาศแรงดันสูง- ในขณะเดียวกัน ลักษณะที่มีน้ำหนักเบาก็เป็นข้อดีอย่างหนึ่งเช่นกัน
วัสดุใหม่นี้มีความหนาแน่นเพียง 3.55 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร ซึ่งมีความหนาแน่นของอากาศเพียง 2.75 เท่าเท่านั้น ความหนาแน่นของไม้สนแห้ง (500 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร) มีค่าเป็น 140 เท่า สารนี้ดูเหมือนควันที่แข็งตัว แต่มีองค์ประกอบคล้ายกับแก้ว เนื่องจากมีความหนาแน่นต่ำมาก จึงเหมาะมากสำหรับการใช้งานด้านการบินและอวกาศ NASA Jet Propulsion Laboratory ซึ่งเป็นแอโรเจลใหม่ที่พัฒนาโดยดร.โจนส์ ประกอบด้วยซิลิกาบริสุทธิ์เป็นส่วนใหญ่ ในกระบวนการผลิต สารประกอบซิลิกอนเหลวจะถูกผสมกับตัวทำละลายของเหลวที่สามารถระเหยได้อย่างรวดเร็วเพื่อสร้างเจล จากนั้นเจลจะถูกทำให้แห้งในเครื่องมือที่คล้ายกับเครื่องย่อยที่มีแรงดัน และหลังจากการให้ความร้อนและลดแรงดัน จะเกิดโครงสร้างฟองน้ำที่มีรูพรุน สัดส่วนของอากาศในแอโรเจลสุดท้ายที่ดร.โจนส์ได้รับคิดเป็น 99.8%
Airgel บางครั้งเรียกว่า "ควันทึบ" หรือ "ควันแช่แข็ง" เนื่องจากมีสีโปร่งแสงและมีน้ำหนักเบาเป็นพิเศษ วัสดุใหม่นี้อาจดูเปราะบาง แต่จริงๆ แล้วมีความทนทานและทนทานมาก สามารถทนต่ออุณหภูมิได้สูงถึง 1,400 องศาเซลเซียส คุณลักษณะของแอโรเจลเหล่านี้มีประโยชน์หลายอย่างในการสำรวจอวกาศ วัสดุของแอโรเจลถูกใช้บนสถานีอวกาศ "สันติภาพ" ของรัสเซีย และยานอวกาศ "มาร์ส พาธไฟน์เดอร์" ของอเมริกา