एयरगेल

Airgel एक जेल से व्युत्पन्न सिंथेटिक छिद्रित अल्ट्रालाइट सामग्री है, जिसमें जेल के तरल घटक को गैस के साथ बदल दिया गया है। परिणाम बेहद कम घनत्व और कम थर्मल चालकता के साथ एक ठोस है। उपनामों में जमे हुए धूम्रपान, ठोस धुआं, ठोस हवा, ठोस बादल, नीली धुआं इसके पारदर्शी प्रकृति और सामग्री में प्रकाश स्कैटर के कारण शामिल है।यह स्पर्श करने के लिए नाजुक विस्तारित polystyrene की तरह लगता है। Aerogels विभिन्न रासायनिक यौगिकों से बनाया जा सकता है।

1 9 31 में एयरगेल को पहली बार सैमुअल स्टीफेंस किस्लर द्वारा बनाया गया था, चार्ल्स के साथ एक शर्त के परिणामस्वरूप जो “जेलियों” में तरल को संकोचन के बिना गैस के साथ बदल सकता था।

सुपरक्रिटिकल सुखाने के माध्यम से एक जेल के तरल घटक निकालने से एरोगल्स का उत्पादन होता है। इससे तरल धीरे-धीरे सूखने की अनुमति मिलती है, जिससे जेल में ठोस मैट्रिक्स को केशिका क्रिया से गिरने के लिए पारंपरिक वाष्पीकरण होता है। पहले एरोगल्स सिलिका जैल से उत्पादित किए गए थे। किस्लर के बाद के काम में एल्युमिना, क्रोमिया और टिन डाइऑक्साइड के आधार पर एरोगल्स शामिल थे। 1 9 80 के दशक के अंत में कार्बन एरोगल्स का विकास पहली बार हुआ था।

एयरगेल एक सेट रासायनिक फार्मूला वाला एक भी सामग्री नहीं है, इसके बजाए शब्द को एक निश्चित ज्यामितीय संरचना के साथ सभी सामग्रियों को समूहित करने के लिए उपयोग किया जाता है।

आईयूपीएसी परिभाषा
एयरजेल: जेल में एक सूक्ष्म ठोस होता है जिसमें फैला हुआ चरण एक गैस होता है।

नोट 1: माइक्रोप्रोसस सिलिका, माइक्रोप्रोस ग्लास, और जेओलाइट्स एरोगल्स के आम उदाहरण हैं।

नोट 2: रेफरी से ठीक किया गया है, जहां परिभाषा एक जेल की गलत परिभाषा का पुनरावृत्ति है जिसके बाद संरचना की छिद्रता का एक अनूठा संदर्भ है।

गुण
नाम के बावजूद, एरोगल्स ठोस, कठोर और सूखी सामग्री हैं जो उनके भौतिक गुणों में जेल जैसा नहीं दिखते हैं: नाम इस तथ्य से आता है कि वे जैल से बने होते हैं। एक एयरगेल पर धीरे-धीरे दबाकर आम तौर पर एक मामूली निशान भी नहीं निकलता है; अधिक मजबूती से दबाकर स्थायी अवसाद छोड़ देंगे। अत्यधिक दृढ़ता से दबाकर, स्पैस संरचना में एक विनाशकारी टूटने का कारण बनता है, जिससे यह ग्लास (एक संपत्ति जिसे फ्रेबिलिटी के रूप में जाना जाता है) जैसे टूटने का कारण बनता है, हालांकि इससे अधिक आधुनिक भिन्नताएं इससे ग्रस्त नहीं होती हैं। इस तथ्य के बावजूद कि यह टूटने की संभावना है, यह संरचनात्मक रूप से बहुत मजबूत है। इसकी प्रभावशाली लोड असर क्षमताएं डेंडरिटिक सूक्ष्म संरचना के कारण होती हैं, जिसमें औसत आकार (2-5 एनएम) के गोलाकार कण क्लस्टर में एक साथ जुड़े होते हैं। ये क्लस्टर लगभग फ्रैक्टल चेन की त्रि-आयामी अत्यधिक छिद्रपूर्ण संरचना बनाते हैं, छिद्रों के साथ केवल 100 एनएम के नीचे। छिद्रों का औसत आकार और घनत्व विनिर्माण प्रक्रिया के दौरान नियंत्रित किया जा सकता है।

एयरगेल एक ऐसी सामग्री है जो 99.8% हवा है। एरोगल्स में एक छिद्रपूर्ण ठोस नेटवर्क होता है जिसमें वायु जेब होते हैं, जिसमें एयर जेब सामग्री के भीतर अधिकांश जगह लेते हैं। ठोस सामग्री की कमी एयरगेल को लगभग भार रहित होने की अनुमति देती है।
एरोगल्स अच्छे थर्मल इंसुल्युलेटर होते हैं क्योंकि वे लगभग गर्मी हस्तांतरण के तीन तरीकों में से दो को कम करते हैं – चालन (वे ज्यादातर गैस इन्सुलेट करने से बना होते हैं) और संवहन (सूक्ष्म संरचना नेट गैस आंदोलन को रोकती है)। वे अच्छे प्रवाहकीय इंसुललेटर हैं क्योंकि वे लगभग पूरी तरह से गैसों के बने होते हैं, जो बहुत ही कम गर्मी चालक होते हैं।(सिलिका एयरजल एक विशेष रूप से अच्छा इन्सुलेटर है क्योंकि सिलिका भी गर्मी का एक गरीब कंडक्टर है; दूसरी ओर एक धातु या कार्बन एयरजल कम प्रभावी होगा।) वे अच्छे संवहनी अवरोधक हैं क्योंकि हवा जाली के माध्यम से फैल नहीं सकती है। एरोगल्स खराब रेडिएटिव इंसुल्युलेटर हैं क्योंकि इन्फ्रारेड विकिरण (जो गर्मी को स्थानांतरित करता है) उनके माध्यम से गुजरता है।

इसकी hygroscopic प्रकृति के कारण, airgel शुष्क लगता है और एक मजबूत desiccant के रूप में कार्य करता है।विस्तारित अवधि के लिए एयरजेल को संभालने वाले लोगों को अपनी त्वचा पर शुष्क भंगुर धब्बे की उपस्थिति को रोकने के लिए दस्ताने पहनना चाहिए।

इसका थोड़ा सा रंग नैनो-आकार की डेंडरिटिक संरचना द्वारा दिखाई देने वाली रोशनी के छोटे तरंग दैर्ध्य के रेलेघ स्कैटरिंग के कारण होता है। यह अंधेरे पृष्ठभूमि के खिलाफ धुंधला नीला दिखाई देता है और उज्ज्वल पृष्ठभूमि के खिलाफ पीला होता है।
स्वयं द्वारा एरोगल्स हाइड्रोफिलिक हैं, लेकिन रासायनिक उपचार उन्हें हाइड्रोफोबिक बना सकता है। अगर वे नमी को अवशोषित करते हैं तो वे आमतौर पर संकुचन, और बिगड़ने वाले संरचनात्मक परिवर्तन को पीड़ित करते हैं, लेकिन उन्हें हाइड्रोफोबिक बनाकर गिरावट से रोका जा सकता है। हाइड्रोफोबिक अंदरूनी वाले एरोगल्स केवल एक बाहरी हाइड्रोफोबिक परत के साथ एरोगल्स की तुलना में गिरावट के लिए कम संवेदनशील होते हैं, भले ही एक दरार सतह में प्रवेश करे।

Knudsen प्रभाव
एरोगल्स में उनके पास मौजूद गैस की तुलना में थर्मल चालकता कम हो सकती है। यह न्यूडसेन प्रभाव के कारण होता है, गैसों में थर्मल चालकता में कमी, जब गैस को शामिल गुहा के आकार का मतलब मुक्त मुक्त पथ से तुलनीय हो जाता है।प्रभावी रूप से, गुहा संवहनी को खत्म करने के अलावा थर्मल चालकता को कम करने, गैस कणों के आंदोलन को प्रतिबंधित करता है। उदाहरण के लिए, हवा की थर्मल चालकता लगभग 25 मेगावाट / मीटर है • एसटीपी में और बड़े कंटेनर में, लेकिन लगभग 5 मेगावाट / मीटर तक कम हो जाती है • केयर में 30 नैनोमीटर व्यास में।

संरचना
एयरगेल संरचना एक सोल-जेल बहुलककरण से परिणाम देती है, जो तब होता है जब मोनोमर्स (साधारण अणु) अन्य मोनोमर्स के साथ एक सोल या पदार्थ बनाने के लिए प्रतिक्रिया करते हैं जिसमें बंधुआ, क्रॉस-लिंक्ड मैक्रोमोल्यूल्स होते हैं जो उनके बीच तरल समाधान के जमा होते हैं। जब सामग्री को गंभीर रूप से गरम किया जाता है तो तरल वाष्पित हो जाता है और बंधुआ, क्रॉस-लिंक्ड मैक्रोमोल्यूले फ्रेम पीछे छोड़ दिया जाता है। बहुलककरण और महत्वपूर्ण हीटिंग का परिणाम ऐसी सामग्री का निर्माण है जिसमें एक छिद्रपूर्ण मजबूत संरचना है जो एयरजेल के रूप में वर्गीकृत है। संश्लेषण में भिन्नता सतह क्षेत्र और एयरगेल के छिद्र आकार को बदल सकती है। पोर आकार जितना छोटा होगा उतना ही अतिसंवेदनशील एयरगेल फ्रैक्चर होता है।

waterproofing
एयरगेल में ऐसे कण होते हैं जो व्यास में 2-5 एनएम होते हैं। एयरजेल बनाने की प्रक्रिया के बाद, इसमें सतह पर बड़ी मात्रा में हाइड्रोक्साइल समूह होंगे। हाइड्रोक्साइल समूह पानी में वायुरोधी होने पर एक मजबूत प्रतिक्रिया पैदा कर सकते हैं, जिससे यह पानी में विनाशकारी रूप से भंग हो जाता है। हाइड्रोफिलिक एयरजल के निविड़ अंधकार के लिए एक तरीका कुछ रासायनिक आधार के साथ एयरजल को भिगोकर है जो गैर-ध्रुवीय समूहों (-ओआर) के साथ सतह हाइड्रोक्साइल समूह (-ओएच) को प्रतिस्थापित करेगा, एक प्रक्रिया जो आर एक अल्फाटिक समूह है जब सबसे प्रभावी है।

एयरजेल की porosity
एयरजेल की छिद्रता निर्धारित करने के कई तरीके हैं: तीन मुख्य विधियां गैस शोषण, पारा पोरोसिमेट्री और स्कैटरिंग विधि हैं। गैस शोषण में, नाइट्रोजन अपने उबलते बिंदु पर एयरजेल नमूना में adsorbed है। Adsorbed गैस नमूना के भीतर छिद्रों के आकार और इसके संतृप्ति दबाव के सापेक्ष गैस के आंशिक दबाव पर निर्भर है। गैस adsorbed की मात्रा Brunauer, Emmit और टेलर फॉर्मूला (बीईटी) का उपयोग करके मापा जाता है, जो नमूना के विशिष्ट सतह क्षेत्र देता है।शोषण / विलुप्त होने में उच्च आंशिक दबाव पर केल्विन समीकरण नमूना के पोर आकार वितरण देता है। पारा पोरोसिमेट्री में, पारा के आकार को निर्धारित करने के लिए पारा को एयरजेल छिद्र प्रणाली में मजबूर किया जाता है, लेकिन यह विधि अत्यधिक अक्षम है क्योंकि एयरजेल के ठोस फ्रेम उच्च संपीड़न बल से गिर जाएंगे। स्कैटरिंग विधि में एयरजेल नमूने के भीतर विकिरण के कोण-निर्भर विक्षेपण शामिल है। नमूना ठोस कण या छिद्र हो सकता है। विकिरण सामग्री में जाता है और एयरगेल पोयर नेटवर्क की फ्रैक्टल ज्यामिति निर्धारित करता है। उपयोग करने के लिए सबसे अच्छा विकिरण तरंगदैर्ध्य एक्स-रे और न्यूट्रॉन हैं। एयरगेल एक खुला छिद्रपूर्ण नेटवर्क भी है: खुले छिद्रपूर्ण नेटवर्क और एक बंद छिद्र नेटवर्क के बीच का अंतर यह है कि खुले नेटवर्क में, गैस किसी भी सीमा के बिना पदार्थ में प्रवेश कर सकते हैं और छोड़ सकते हैं, जबकि एक बंद छिद्रपूर्ण नेटवर्क भौतिक मजबूती के भीतर गैसों को जाल करता है उन्हें छिद्रों के भीतर रहने के लिए। सिलिका एरोगल्स के उच्च porosity और सतह क्षेत्र उन्हें विभिन्न पर्यावरण निस्पंदन अनुप्रयोगों में इस्तेमाल करने की अनुमति देता है।

सामग्री

सिलिका
सिलिका एयरजेल एयरजेल का सबसे आम प्रकार है, और सबसे व्यापक रूप से अध्ययन और उपयोग किया जाता है।यह सिलिका आधारित है और इसे सिलिका जेल से या संशोधित स्टोबर प्रक्रिया से लिया जा सकता है। सबसे कम घनत्व वाले सिलिका नैनोफोम का वजन 1,000 ग्राम / एम 3 है, जो 1,900 ग्राम / एम 3 के रिकार्ड-एयरजेल का खाली संस्करण है। हवा की घनत्व 1,200 ग्राम / एम 3 (20 डिग्री सेल्सियस और 1 एटीएम पर) है। 2013 तक, एरोग्राफीन में 160 ग्राम / एम 3 पर कम घनत्व था, या कमरे के तापमान पर 13% घनत्व था।

सिलिका त्रि-आयामी, इंटरविवाइन क्लस्टर में ठोस होती है जो मात्रा का केवल 3% बनाती है। ठोस के माध्यम से संचालन बहुत कम है। शेष 97% मात्रा अत्यधिक छोटे नैनोपोरों में हवा से बना है। हवा में घूमने के लिए थोड़ा सा कमरा है, दोनों संवहन और गैस चरण चालन को रोकता है।

सिलिका एरोगल्स में ~ 99% का उच्च ऑप्टिकल ट्रांसमिशन और ~ 1.05 की कम अपवर्तक सूचकांक भी है।

इसमें उल्लेखनीय थर्मल इन्सुलेटिव गुण हैं, जिनमें बेहद कम थर्मल चालकता है: 0.03 डब्ल्यू / (एम • के) से वायुमंडलीय दबाव में मामूली वैक्यूम में 0.004 डब्लू / (एम • के) तक, जो 14 से 105 के आर-मानों के अनुरूप है (अमेरिकी परंपरागत) या 3.0 में 22.2 (मीट्रिक) 3.5 (8 मिमी) मोटाई के लिए। तुलना के लिए, समान दीवार इन्सुलेशन एक ही मोटाई के लिए 13 (यूएस परंपरागत) या 2.7 (मीट्रिक) है। इसका पिघलने बिंदु 1,473 के (1,200 डिग्री सेल्सियस, 2,192 डिग्री फारेनहाइट) है।

2011 तक, सिलिका एयरजेल ने भौतिक गुणों के लिए गिनीज वर्ल्ड रिकॉर्ड्स में 15 प्रविष्टियां आयोजित कीं, जिनमें सर्वश्रेष्ठ इन्सुलेटर और सबसे कम घनत्व ठोस शामिल था, हालांकि इसे 2012 में यहां तक ​​कि लाइटर सामग्री एरोोग्राफेट और बाद में 2013 में एरोग्राफिने द्वारा हटा दिया गया था।

कार्बन
कार्बन एरोगल्स नैनोमीटर रेंज में आकार के साथ कणों से बना होते हैं, जो एक साथ बंधे होते हैं। उनके पास बहुत अधिक porosity (50% से अधिक, 100 एनएम के तहत छिद्र व्यास के साथ) और सतह क्षेत्रों 400-1,000 मीटर 2 / जी के बीच है। उन्हें अक्सर समग्र पेपर के रूप में निर्मित किया जाता है: कार्बन फाइबर से बने गैर बुने हुए पेपर, रिसोरसीनॉल-फॉर्मल्डेहाइड एयरगेल, और पायरोलाइज्ड के साथ प्रजनन किया जाता है। घनत्व के आधार पर, कार्बन एरोगल्स विद्युत प्रवाहकीय हो सकते हैं, जो संयुक्त एयरजेल पेपर को कैपेसिटर्स या डीओनाइजेशन इलेक्ट्रोड में इलेक्ट्रोड के लिए उपयोगी बनाते हैं। उनके अत्यधिक उच्च सतह क्षेत्र के कारण, कार्बन एरोगेल का उपयोग सुपरकेपसिटर बनाने के लिए किया जाता है, जिसमें 104 एफ / जी और 77 एफ / सेमी 3 की कैपेसिटेंस घनत्व के आधार पर हजारों फ़ारैड तक के मूल्य होते हैं। इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रम में कार्बन एरोगल्स भी बेहद “काला” होते हैं, जो 250 एनएम और 14.3 माइक्रोन के बीच केवल 0.3% विकिरण को दर्शाते हैं, जिससे उन्हें सौर ऊर्जा कलेक्टरों के लिए कुशल बना दिया जाता है।

कुछ रासायनिक वाष्प जमाव तकनीकों के माध्यम से उत्पादित कार्बन नैनोट्यूब के हवादार लोगों का वर्णन करने के लिए “एयरगेल” शब्द गलत है। इस तरह की सामग्रियों को केवलर से अधिक ताकत और अद्वितीय विद्युत गुणों के साथ फाइबर में फैलाया जा सकता है। ये सामग्री एरोगल्स नहीं हैं, हालांकि, उनके पास एक मोनोलिथिक आंतरिक संरचना नहीं है और उनके पास एरोगल्स की नियमित पोयर संरचना विशेषता नहीं है।

धातु ऑक्साइड
धातु ऑक्साइड एरोगल्स का प्रयोग विभिन्न रासायनिक प्रतिक्रियाओं / परिवर्तनों में उत्प्रेरक के रूप में किया जाता है या अन्य सामग्रियों के लिए अग्रदूत के रूप में किया जाता है।

एल्यूमीनियम ऑक्साइड के साथ बने एरोगल्स को एल्युमिना एरोगल्स के रूप में जाना जाता है। इन एरोगल्स उत्प्रेरक के रूप में उपयोग किया जाता है, खासकर जब एल्यूमीनियम के अलावा धातु के साथ “doped”। निकेल-एल्युमिना एयरजेल सबसे आम संयोजन है। हाइपरवेलोसिटी कणों को कैप्चर करने के लिए नासा द्वारा एल्युमिना एरोगल्स पर भी विचार किया जा रहा है; गैडोलिनियम और टेरबियम के साथ डाला गया एक फॉर्मूलेशन प्रभाव ऊर्जा पर निर्भर प्रतिदीप्ति की मात्रा के साथ, कण प्रभाव साइट पर फ्लोरोसिस कर सकता है।

सिलिका एरोगल्स और धातु ऑक्साइड एयरजेल के बीच सबसे उल्लेखनीय अंतर में से एक यह है कि धातु ऑक्साइड एरोगल्स अक्सर रंगीन होते हैं।

अन्य
कार्बनिक पॉलिमर का उपयोग एरोगेल बनाने के लिए किया जा सकता है। SEAgel agar से बना है। पौधों से सेलूलोज़ का उपयोग लचीली एयरजेल बनाने के लिए किया जा सकता है।

चालकोगेल चल्कोजन (ऑक्सीजन से शुरू होने वाली आवर्त सारणी पर तत्वों का स्तंभ) जैसे सल्फर, सेलेनियम और अन्य तत्वों से बना एक एयरजल है। प्लैटिनम की तुलना में कम महंगे धातुओं का निर्माण किया गया है।

एक छिद्रपूर्ण 3-डी नेटवर्क में कैडमियम सेलेनाइड क्वांटम डॉट्स से बने एरोगल्स अर्धचालक उद्योग में उपयोग के लिए विकसित किए गए हैं।

डॉपेंट्स, प्रबलित संरचनाओं और संकरण यौगिकों के अतिरिक्त एक विशिष्ट अनुप्रयोग के लिए एयरजेल प्रदर्शन बढ़ाया जा सकता है। Aspen Aerogels Spaceloft जैसे उत्पाद बनाता है जो किसी प्रकार की रेशेदार बल्लेबाजी के साथ एयरजेल के कंपोजिट होते हैं।

जैव-आधारित विकल्प (बायोएरोगेल)
सबसे प्रसिद्ध एयरजील सिलिका आधारित है, लेकिन शोधकर्ता बायो-सोर्स किए गए एरोगल्स का उत्पादन कर रहे हैं, संभवतः सिलिका से मजबूत।

सीगल एक सामग्री है जो चावल केक की याद ताजा स्वाद और बनावट के साथ agar से बने कार्बनिक एयरजल के समान है।

मेरोगेल में इसके मूल चावल (ज्यादातर चावल उद्योग में फेंक दिया जाता है) और अन्य प्रक्रियाओं की तुलना में लागत कम कर देता है। यह प्रक्रिया छह लागतों से विभाजित करना संभव बनाता है।

एरोप्रक्टाइन साइट्रस छील (2015) से उत्पादित होता है लेकिन एक इंसुलेटर बनाने के लिए बहुत ही हाइग्रोस्कोपिक होता है,

स्टार्च एयरजेल (वास्तव में एमीलोस और एमीलोपेक्टिन का मिश्रण) जो उदाहरण के लिए मकई या बेहतर मटर आ सकता है। यह भी बहुत ही हाइग्रोस्कोपिक है लेकिन शायद इसे कोटिंग के साथ कवर किया जा सकता है जिससे इसे अधिक स्थिर और हाइड्रोफोबिक बनाया जा सके। यह सिलिका एयरजेल की तुलना में मजबूत है लेकिन थर्मल चालकता के गुणांक के साथ थोड़ा कम अच्छा है लेकिन फिर भी 0.021 डब्ल्यू एम -1 के -1 (0.025 से 0.035 तक और रॉकवूल और पॉलीस्टीरिन के लिए वायु डब्ल्यू एम -1 के -1) के आसपास है।

निर्माण के दौरान उनके थर्मल प्रदर्शन में सुधार किया जा सकता है: एक निश्चित दबाव और तापमान के नीचे पानी में भंग स्टार्च और अनाज को तोड़ने और फैलाने के लिए यांत्रिक रूप से उत्तेजित किया जाता है, फिर उसे 4 डिग्री सेल्सियस (“रेट्रोग्रैडेशन” चरण) और जेल गठन के साथ बदलने से पहले ठंडा किया जाता है। एक सुपरक्रिटिकल सुखाने चरण के दौरान एक विलायक (एसीटोन वहां इथेनॉल को प्रतिस्थापित कर सकता है) और फिर विलायक को बेकार कर दिया जाता है और हवा से बदल दिया जाता है। फिटनेस सेंटर ऑफ मैटेरियल्स (केमफ) माइन्स पेरिस-टेक इस सामग्री का अध्ययन करता है।

विनिर्माण
सिद्धांत रूप में, एयरजेल के निर्माण में सिलिका जेल (सिलिका एयरजेल के लिए) के तरल पदार्थ को गैस के साथ बदलना होता है। तकनीकी रूप से, प्रक्रिया अधिक जटिल है। दरअसल, जब जेल की सूख जाती है तो जेल की संरचना गिर जाती है। यह छिद्रपूर्ण और टुकड़े हो जाता है।

प्रैक्टिस में, हाइड्रोगेल, विशेष रूप से मुलायम संपर्क लेंस के लिए उपयोग किए जाने वाले सिलिका जेल को “तापमान”, सिलिका अल्कोक्साइड की उपस्थिति में इथेनॉल जैसे तरल के साथ पानी को बदलकर चरम तापमान और दबाव की स्थिति में सूख जाता है। एल्कोक्साइड प्रतिक्रिया के लिए उत्प्रेरक का एक प्रकार है। यह शराब और सिलिकॉन से बना है।इसका सूत्र सी (या) 4 है। यह प्रतिक्रिया सिलिका उत्पन्न करती है:
यदि (ओसीएच ₂ सीएच ₃ ) _{4 (लीक।)} + 2 एच ₂ ओ _{(लीक।)} → सीओओ _{2 (ठोस)} + 4 होच ₂ सीएच _{3 (} लीक _।) ।

सिलिका सूत्र सीओओ 2 का एक स्थिर खनिज यौगिक है। फिर सुपरक्रिटिकल सुखाने (अंग्रेजी में: सुपरक्रिटिकल सुखाने) नामक एक प्रक्रिया आती है। थर्मोडायनामिक्स में, महत्वपूर्ण बिंदु तरल पदार्थ और गैसों के बीच एक संक्रमण चरण है।असल में, तरल और वाष्प राज्य सूक्ष्म रूप से समान हैं: वे परमाणुओं या अणुओं के विकार से विशेषता है। इसके अलावा, एक दबाव और तापमान (जिसे गंभीर कहा जाता है) जिसके लिए यह तरल वाष्प सह-अस्तित्व वक्र अचानक बंद हो जाता है। परे, शरीर न तो तरल है और न ही गैसीय है: यह द्रव चरण है। यह इस प्रक्रिया से है कि शराब जेल से हटा दिया जाता है। यह ऑपरेशन 50 से 60 बार, 5 से 10 डिग्री सेल्सियस के तापमान और 12 घंटे से 6 दिनों के दबाव पर एक आटोक्लेव में किया जाता है। लक्ष्य तब तक पहुंचाया जाता है, तरल को जेल की संरचना या मात्रा को कम करने की संरचना के बिना गैस द्वारा प्रतिस्थापित किया गया है।

परिवेश के तापमान और दबाव पर एयरजेल बनाने की प्रक्रियाएं हैं, लेकिन इस समय, वे उद्योगपति द्वारा गुप्त रखे गए हैं।

उत्पादन
एरोगेल अत्यधिक परिस्थितियों में जिलेटिनस सामग्री, ज्यादातर सिलिका के जेल को सूखकर बनाते हैं। 1 931/32 में सैमुअल स्टीफेंस किस्लर द्वारा सिलिकेट एरोगल्स का पहला संश्लेषण पूरा किया गया था। उन्होंने पहले बिना जेल सूखने के लिए एक विधि विकसित की, यह एक संकोचन था।

किस्लर के अनुसार सिलिकेट एयरजेल
किस्लर ने सोडियम सिलिकेट का इस्तेमाल किया, जिसे उन्होंने एक समाधान (पानी का गिलास) बनाने के लिए पानी से मिश्रित किया। एक precipitating के अलावा – अभिकर्मक अभिनय हाइड्रोक्लोरिक एसिड समय की सिलिका (वर्षा प्रतिक्रिया) के साथ गिर गया, जो ब्राउनियन आंदोलन के कारण समाधान में uncoordinated वितरित और इस तरह से टक्कर लगी।

या:

क्रमिक आसंजन के कारण, समय के साथ और लगभग एक दिन के भीतर एकत्रित ये कण, रेटिक्यूलेटेड संरचना वाले जेल के परिणामस्वरूप। इससे, सोडियम क्लोराइड और अतिरिक्त हाइड्रोक्लोरिक एसिड पानी (एक्वागेल) के साथ धोया गया था और उसके बाद अल्कोहल (अल्कोगेल) के साथ विस्थापन किया गया था। यह कदम जरूरी है क्योंकि अन्यथा पानी प्रगति के रूप में जेल संरचना को नष्ट कर देगा। यदि अल्कोहल धीरे-धीरे वाष्पित हो जाता है, तो जेलिस पर काम कर रहे सतह बलों के कारण मेनिसि का गठन होता है, जो जेल में “buries” खुद को जेल में एक गिरोह की संरचना का कारण बनता है। यह जेल की संकोचन से जुड़ा होगा और नतीजतन, लगभग 50% porosity के साथ एक छिद्रपूर्ण संरचना, लेकिन यह सिर्फ टालने के लिए था। किस्लर इसलिए शराब के महत्वपूर्ण बिंदु पर एक आटोक्लेव और ऊंचा तापमान और दबाव डालने के लिए प्रयोग किया जाता था, ताकि एक सुपरक्रिटिकल तरल पदार्थ बनाया गया हो। इस प्रक्रिया को सुपरक्रिटिकल सुखाने कहा जाता है। इस प्रकार गैस और तरल के बीच चरण सीमा रद्द कर दी गई थी; भूतल बलों, जो दूसरे मामले में menisci के गठन के लिए नेतृत्व किया होगा, अब अस्तित्व में नहीं था। सुपरक्रिटिकल तरल पदार्थ को आटोक्लेव से बाहर उड़ा दिया गया था, जिसके कारण उत्पाद सूख गया और अंततः एक एयरजल बन गया।एयरजेल ने मूल जेल के आकार और आकार को बनाए रखा था, जिसमें किस्लर द्वारा निर्मित सिलिकेट एरोगल्स के साथ लगभग 30 से 300 किलोग्राम / मीटर 3 घनत्व था और 86 से 98% की सीमा में छिद्र था। हालांकि, किस्लर के अनुसार उत्पादन विधि में लंबे और महंगी होने का नुकसान था, जो शराब की वाष्पीकरण से पहले विलायक विनिमय से विशेष रूप से चिंतित था।

Teichner के अनुसार प्रक्रिया – सोल-जेल प्रक्रिया
स्टैनिस्लास टीचनर ने 1 9 60 के दशक में लियोन विश्वविद्यालय में किस्लर की प्रक्रिया को पुन: पेश करने का प्रयास किया, हालांकि छोटे एयरगेल नमूने बनाने में उन्हें सप्ताह लग गए। एक विकल्प के रूप में, उन्होंने 1 9 68 में एक मानक विधि के रूप में उपयोग की जाने वाली सोल-जेल प्रक्रिया विकसित की, जिसे 1 9 86 में और बेहतर किया गया। यहां सामग्री शुरू करना विषाक्त टेट्रामैथिल ऑर्थोसिलेट (टीएमओएस) है, जो धीरे-धीरे सिलिकिक एसिड और मेथनॉल को ऑर्थो के लिए हाइड्रोलाइज करता है उत्प्रेरक के अतिरिक्त पानी के बाद परिभाषित मात्रा के साथ प्रतिक्रिया समीकरण।

नतीजतन, सिलिका से पानी अलग हो गया है और SiO 2 Tetrahedra का गठन किया गया है। ये तब एक जेल बनाने के लिए नेटवर्क। परिणामी अल्कोगेल की सूखने के लिए विधि किस्लर विधि के बराबर है, जिसमें मेथनॉल में 23 9.4 डिग्री सेल्सियस और 80.9 बार के महत्वपूर्ण मूल्य हैं। इस प्रकार एयरगेल के गुण, विशेष रूप से संरचना और घनत्व में, उत्प्रेरक, पीएच या पदार्थों के अनुपात के द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है, विशेष रूप से मेथनॉल में। प्रक्रिया आज डीईएसवाई और लुंड में उपयोग की जाती है।

अन्य प्रक्रियाएं
एक और प्रक्रिया में, बर्कले में कैलिफ़ोर्निया विश्वविद्यालय में अरलॉन हंट के तहत एक शोध समूह टेट्राथाइल ऑर्थोसिलेट (टीईओएस) से विषाक्त टीएमओएस के बजाय एयरजेल टुकड़े पैदा करता है। इसके अलावा, दहनशील इथेनॉल कार्बन डाइऑक्साइड द्वारा प्रतिस्थापित किया गया है, जो बहुत समय लेने वाला है। एक फायदा कार्बन डाइऑक्साइड का अपेक्षाकृत कम महत्वपूर्ण तापमान 31 डिग्री सेल्सियस पर है, जो सुखाने की प्रक्रिया को काफी सुविधाजनक बनाता है।

लुडविगशाफेन एम राइन में बीएएसएफ में एक अन्य प्रक्रिया का उपयोग किया जाता है, जहां विशेष रूप से एयरगेल छर्रों (ग्रेन्युल) लगभग एक से छह मिलीमीटर व्यास के साथ और 200 किलोग्राम / एम 3 की घनत्व उत्पन्न होती है। सल्फरिक एसिड और सोडियम सिलिकेट को मिश्रित नोजल के साथ पिस्टन पर छिड़ककर प्रतिक्रिया दी जाती है। इससे क्षार के नमक के गठन की ओर अग्रसर होता है, जिसे बाद में प्रसंस्करण द्वारा धोया जाना चाहिए। इस प्रक्रिया का लाभ तुलनात्मक रूप से कम लागत में है, नुकसान को ग्रेन्युल के विशेष ऑप्टिकल गुणों में बदतर में देखा जाना चाहिए।

कार्बन एरोगल्स (सीआरएफ) मुख्य रूप से रिसोरसीनॉल – फ़ार्माल्डेहाइड एरोगल्स (आरएफ) के पायरोलिसिस द्वारा उत्पादित होते हैं। Resorcinol-formaldehyde एरोगल्स की तैयारी में सुपरक्रिटिकल सुखाने के बजाय सस्ता हवा सुखाने का उपयोग किया जा सकता है।

अनुप्रयोगों
चूंकि एरोगल्स की अपवर्तक सूचकांक एक सीमा के भीतर है जो गैसों, तरल पदार्थ या पारंपरिक ठोस द्वारा प्राप्त नहीं किया जा सकता है, वे चेरेकोव डिटेक्टरों के लिए तथाकथित रेडिएटर सामग्री के रूप में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं;कार्बन एरोगल्स प्राथमिक और ईंधन कोशिकाओं, वाहन उत्प्रेरक और सुपरकेपसिटर में इलेक्ट्रोड सामग्री के लिए सामग्री अनुसंधान में उनकी उच्च विद्युत चालकता और स्थिरता के कारण भी।

भंडारण माध्यम
उनके उच्च porosity के कारण, गैसों और ठोस के लिए भंडारण संभावनाओं को संरक्षित करने के इरादे से शुरुआत में एरोगल्स विकसित किए गए थे। 1 9 60 के दशक में, तरल रॉकेट ईंधन के लिए भंडारण मीडिया के रूप में उनकी उपयुक्तता के लिए एयरोजल्स का परीक्षण किया गया था।

छनन
उनकी अच्छी संरचना के कारण, एरोगल्स का उपयोग सबसे छोटे धूल कणों के लिए मैट्रिक्स एकत्र करने के रूप में किया जा सकता है। इसलिए उन्हें “धूमकेतु धूल अंतरिक्ष यान” स्टारडस्ट पर इस्तेमाल किया गया था। फंसे हुए धूल के कणों और अणुओं को धीरे-धीरे एयरजेल में धीमा कर दिया जाता है, ताकि वे थर्मल रूप से नष्ट न हों। तो आप सफल हुए। ए।धूमकेतु (जंगली 2) से पृथ्वी तक सामग्री लाने के बिना पहली बार भी।

थर्मल इन्सुलेशन
विशेष रूप से सिलिकेट एरोगल्स में बहुत कम तापीय चालकता होती है और इसलिए अक्सर विशेष अनुप्रयोगों (जैसे पारदर्शी थर्मल इन्सुलेशन) के लिए इन्सुलेट सामग्री के रूप में उपयोग किया जाता है; 2013 की शुरुआत के बाद से, स्विट्ज़रलैंड में अतिरिक्त एयरजल ग्रैन्यूल के साथ एक विशेष विशेष प्लास्टर बेचा गया है।

प्रसाधन सामग्री और हेयर केयर
सिलिका सिलीलेट्स से बने ललित, हाइड्रोफोबिक एयरजेल कणों का उपयोग सौंदर्य प्रसाधनों में पाउडर को ठीक करने और बालों की देखभाल में वॉल्यूम और स्टाइल पाउडर के रूप में अन्य चीजों के साथ किया जाता है।

फार्मेसी
Pharmaceutically सिलिका airgel एक सुखाने और विलायक के रूप में, साथ ही एक वाहक के रूप में प्रयोग किया जाता है।

विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए एरोगल्स का उपयोग किया जाता है:

2004 में यूएस $ 25 मिलियन एयरजील इन्सुलेशन उत्पाद बेचे गए थे, जो 2013 तक लगभग 500 मिलियन अमेरिकी डॉलर तक पहुंच गया था। यह आज इन सामग्रियों के सबसे महत्वपूर्ण आर्थिक प्रभाव का प्रतिनिधित्व करता है। इमारत और निर्माण क्षेत्र के साथ-साथ औद्योगिक इन्सुलेशन में एयरजेल समाधान द्वारा पारंपरिक इन्सुलेशन को बदलने की क्षमता काफी महत्वपूर्ण है।

स्काइलाईट्स को इन्सुलेशन जोड़ने के लिए दानेदार रूप में। जॉर्जिया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के 2007 सौर डेकैथलॉन हाउस प्रोजेक्ट ने अर्ध पारदर्शी छत में एक इंस्यूलेटर के रूप में एक एयरजेल का इस्तेमाल किया।

स्पिल की सफाई के लिए एक रासायनिक adsorber।
एक उत्प्रेरक या उत्प्रेरक वाहक।
सिलिका एरोगल्स इमेजिंग डिवाइस, ऑप्टिक्स और लाइट गाइड में इस्तेमाल किया जा सकता है।
भारी धातुओं को हटाने के लिए इस्तेमाल होने के लिए इसका उच्च सतह क्षेत्र और छिद्रता के कारण निस्पंदन के लिए एक सामग्री।
कुछ पेंट्स और कॉस्मेटिक्स में मोटाई एजेंट।
ऊर्जा अवशोषक में घटक के रूप में।
संयुक्त राज्य अमेरिका राष्ट्रीय इग्निशन सुविधा के लिए लेजर लक्ष्य।
ट्रांसड्यूसर, स्पीकर्स और रेंज फाइंडर्स के लिए प्रतिबाधा मैचर्स में उपयोग की जाने वाली सामग्री।
एयरजेल ‘कंबल’ का वाणिज्यिक निर्माण वर्ष 2000 के आसपास शुरू हुआ, जिसमें सिलिका एयरजेल और रेशेदार सुदृढीकरण शामिल है जो भंगुर वायुमंडल को एक टिकाऊ, लचीली सामग्री में बदल देता है। उत्पाद के यांत्रिक और थर्मल गुणों को मिश्रित फाइबर, एयरगेल मैट्रिक्स और ओपेसिफिकेशन योजकों को समग्र में शामिल करने के विकल्प के आधार पर भिन्न किया जा सकता है।
नासा ने स्टारडस्ट अंतरिक्ष यान पर अंतरिक्ष धूल कणों को फँसाने के लिए एक एयरजेल का उपयोग किया। कण ठोस पदार्थों के साथ प्रभाव पर वाष्पीकरण करते हैं और गैसों से गुज़रते हैं, लेकिन एरोगल्स में फंस सकते हैं। नासा ने मंगल रोवर और अंतरिक्ष सूट के थर्मल इन्सुलेशन के लिए एयरजेल का भी उपयोग किया।
अमेरिकी नौसेना गोताखोरों के लिए निष्क्रिय थर्मल संरक्षण के रूप में एयरजेल अंडरगर्म का मूल्यांकन कर रही है।
चेनकोव प्रभाव डिटेक्टरों में रेडिएटर के रूप में कण भौतिकी में, जैसे बेले डिटेक्टर की एसीसी प्रणाली, केईकेबी में बेले प्रयोग में प्रयोग की जाती है। एरोगल्स की उपयुक्तता उनके अपवर्तन की कम सूचकांक द्वारा निर्धारित होती है, गैसों और तरल पदार्थों के बीच का अंतर भरती है, और उनकी पारदर्शिता और ठोस स्थिति, जिससे उन्हें क्रायोजेनिक तरल पदार्थ या संपीड़ित गैसों से उपयोग करना आसान हो जाता है। अंतरिक्ष मिशन के लिए उनका कम द्रव्यमान भी फायदेमंद है।
Resorcinol-formaldehyde aerogels (रासायनिक रूप से फिनोल formaldehyde रेजिन के समान पॉलिमर) कार्बन एरोगल्स के निर्माण के लिए अग्रदूत के रूप में उपयोग किया जाता है, या जब बड़ी सतह के साथ एक कार्बनिक इन्सुलेटर वांछित है। वे सतह घनत्व के साथ 600 मीटर 2 ग्राम के साथ उच्च घनत्व सामग्री के रूप में आते हैं।
मेटल-एयरजेल नैनोकोमोसाइट्स, जो संक्रमण के साथ हाइड्रोगेल को उत्तेजित करके तैयार किया जाता है जिसमें एक संक्रमण धातु के आयन होते हैं और गामा किरणों के साथ परिणाम विकिरण करते हैं, धातु के नैनोकणों को दूर करते हैं।ऐसे कंपोजिट्स उत्प्रेरक, सेंसर, विद्युत चुम्बकीय ढाल, और अपशिष्ट निपटान के रूप में उपयोग किया जा सकता है।प्लैटिनम-ऑन-कार्बन उत्प्रेरक का संभावित उपयोग ईंधन कोशिकाओं में है।
अपनी जैव-अनुकूलता के कारण एक दवा वितरण प्रणाली के रूप में। इसके उच्च सतह क्षेत्र और छिद्रपूर्ण संरचना के कारण, दवाओं को सुपरक्रिटिकल सीओ 2 से adsorbed किया जा सकता है। दवाओं की रिहाई दर को एयरजेल के गुणों को बदलकर बनाया जा सकता है।
छोटे इलेक्ट्रोकेमिकल डबल लेयर सुपरकेपसिटर के निर्माण में कार्बन एयरोजल्स का उपयोग किया जाता है। एयरजेल के उच्च सतह क्षेत्र के कारण, ये कैपेसिटर इसी तरह रेटेड इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर्स के आकार 1 / 2000th से 1/5000 वें हो सकते हैं। सामान्य सुपरकेपसिटर की तुलना में एयरजेल सुपरकेपसिटरों की बहुत कम प्रतिबाधा हो सकती है और बहुत उच्च चोटी धाराओं को अवशोषित या उत्पादन कर सकती है। वर्तमान में, ऐसे कैपेसिटर polarity- संवेदनशील हैं और लगभग 2.75 वी से अधिक की एक वर्किंग वोल्टेज प्राप्त करने के लिए श्रृंखला में वायर्ड होने की आवश्यकता है।
डनलप स्पोर्ट टेनिस, स्क्वैश और बैडमिंटन के लिए अपने कुछ रैकेट में एयरजेल का उपयोग करता है।
जल शोधन में, चॉककोल्स ने भारी धातु प्रदूषक पारा, सीसा, और कैडमियम को पानी से अवशोषित करने में वादा किया है।
एयरगेल सुपरफ्लुइड हीलियम -3 में विकार पेश कर सकता है।
विमान डी-आईकिंग में, एक नया प्रस्ताव कार्बन नैनोट्यूब एयरजेल का उपयोग करता है। पेपर की ए 4 शीट के बराबर 10 माइक्रोन-मोटी फिल्म बनाने के लिए एक पतली फिलामेंट एक विंडर पर फैलती है। जंबो जेट के पंखों को कवर करने के लिए आवश्यक सामग्री की मात्रा 80 ग्राम (2.8 औंस) वजन का होता है। बर्फ को रोकने से रोकने के लिए, कम शक्ति पर लगातार एयरजेल हीटर छोड़े जा सकते हैं।
शेवरलेट कार्वेट (सी 7) की थर्मल इन्सुलेशन ट्रांसमिशन सुरंग।
CamelBak एक थर्मल खेल की बोतल में इन्सुलेशन के रूप में एयरजेल का उपयोग करता है।
45 उत्तर अपने स्टर्मफिस्ट 5 साइकलिंग दस्ताने में हथेली इन्सुलेशन के रूप में एयरजेल का उपयोग करता है।

सुरक्षा
सिलिका-आधारित एरोगल्स को कैंसरजन्य या विषाक्त नहीं माना जाता है। हालांकि, वे आंखों, त्वचा, श्वसन पथ, और पाचन तंत्र के लिए एक यांत्रिक परेशान हैं। श्वास लेने पर छोटे सिलिका कण संभावित रूप से सिलिकोसिस का कारण बन सकते हैं। वे त्वचा, आंखों और श्लेष्म झिल्ली की सूखापन भी प्रेरित कर सकते हैं। इसलिए, यह अनुशंसा की जाती है कि जब भी नंगे एरोगल्स को संभालने या संसाधित करते समय श्वसन सुरक्षा, दस्ताने और आंखों के चश्मे सहित सुरक्षात्मक गियर पहना जाए।