Aerogel, un po’ di storia

Le prime molecole di aerogel risalgono al 1931, anno in cui Steven Kistler del College of the Pacific a Stockton in California scoprì il segreto per asciugare il gel evitandone il collasso.
Portando il liquido allo stato supercritico, e quindi a condizioni supercritiche sia la temperatura che la pressione, la pressione viene fatta lentamente diminuire: il fluido supercritico viene quindi espulso dal gel senza i distruttivi effetti dovuti alla tensione superficiale.

Ciò che rimane è un aerogel, ad oggi la sostanza solida più leggera esistente al mondo, composta per il 98% di aria e per il 2% di silice amorfa, la principale componente del vetro.

Oltre ad essere super-leggero, l’aerogel è un ottimo isolante termico e resiste a temperature altissime. Per l’aerogel possono essere usati materiali molto diversi; il lavoro di Kistler portò ad aerogel basati su silicio, alluminio, cromo, e stagno. Aerogel di carbonio furono sviluppati per la prima volta nel 1990. La produzione commerciale di compositi a base di aerogel, iniziò attorno al 1998.

 

areogelL’aerogel di silice, mediante un procedimento di impregnazione, viene unito a un rinforzo fibroso che ne assicura flessibilità, durata e soprattutto fruibilità.

Le proprietà meccaniche e termiche del prodotto possono essere variate in funzione delle fibre rinforzanti utilizzate, della matrice di aerogel adoperata, e dall’aggiunta di particolari additivi opacizzanti inclusi nel composito ottenuto. Attorno al 2000, si possono trovare i primi esempi di applicazione di aerogel compositi in equipaggiamenti sportivi; il primo esempio in assoluto è un giubbotto progettato e realizzato in Italia, denominato Absolute Zero e una versione successiva denominata Absolute Frontiers. Più in generale, la NASA ha utilizzato l’aerogel per intrappolare le particelle di polvere interstellare durante la missione della sonda Stardust; queste particelle vaporizzano durante l’impatto con i solidi e passano attraverso i gas, ma possono essere intrappolate negli aerogel grazie alla loro struttura nanoporosa. Oltre che in ambito di ricerca, la NASA ha utilizzato l’aerogel anche per l’isolamento termico del “Mars Rover” e delle tute spaziali utilizzate per le missioni dello Shuttle.
Aerogel oggi

Gli aerogel, per la loro struttura nano porosa, sono eccezionali isolanti termici. Sono dei buoni inibitori convettivi perché l’aria non può circolare all’interno del reticolo, e quindi oppongono una straordinaria resistenza al passaggio del flusso termico.
Grazie a brevetti esclusivi di derivazione aerospaziale, i nuovi aerogel su supporti flessibili possono ad esempio essere utilizzati come super-isolanti per l’abbigliamento, per confezionare giacche a vento molto più calde ma anche sottilissime e leggere, così come tende o sacchi a pelo dallo spessore irrisorio. Più in generale, altre applicazioni riguardano gli elettrodomestici, l’isolamento di edifici, di impianti petrolchimici ed alcuni particolari del settore automotive. Le future applicazioni potrebbero però continuare a riguardare anche lo spazio: la Nasa sta valutando l’utilizzo dell’aerogel per costruire lo scudo termico che proteggerà le future navette spaziali durante il rientro nell’atmosfera.

L’aerogel, come già accennato, rientra tra le sostanze più leggere conosciute fino ad ora.

È composto dal 98% d’aria e 2% di silicio amorfo, il principale componente della comune sabbia o vetro, ma è 1.000 volte meno denso, sopporta altissime temperature ed è un ottimo isolante.
Proprio per la presenza di silicio l’aerogel è chiamato comunemente anche “sabbia gonfiata” o “fumo ghiacciato” per il suo colore blu-azzurro nella forma monolitica. L’aspetto nanotecnologico dei prodotti isolanti in aerogel riguarda la scala nanometrica dei vuoti incorporata nella matrice di gel di silicio amorfo, in quanto questi materiali non sono composti da nanoparticelle ma da nanopori.
L’aerogel è un tipo di silice sinteticamente amorfo che si distingue dal silicio cristallino.

tab1Il silice sinteticamente amorfo non ha nessun effetto sulla salute – così come dichiarato dalla OECD (United Nation’s Organization for Economic Co-operation and Development) rispetto al silicio cristallino che può causare malattie respiratorie come la silicosi.

La principale difficoltà nell’utilizzo dell’aerogel risiede nella sua natura che lo rende particolarmente fragile e difficilmente “fruibile” allo stato primitivo: una volta ottenuto un cubo di aerogel, la sua estrema fragilità non lo rende né lavorabile né tantomeno utilizzabile per qualsiasi applicazione che richieda la benchè minima manipolazione.

Per poter utilizzare al meglio le straordinarie caratteristiche termiche del prodotto, è stato brevettato un sistema per poter “intrappolare” l’aerogel all’interno di una struttura fibrosa, garantendo le medesime potenzialità di isolamento senza rinunciare alla facilità di movimentazione e trasformazione del prodotto.

 

Articolo di proprietà di Ama Composites Srl. Per leggere l’articolo originale cliccare sul seguente link