L’aerogel è un materiale avanzato che contiene 15 voci nel Guinness dei primati per proprietà come il solido a densità più bassa e il miglior isolante. È una sostanza a base di silice, costituita da una rete dendritica sciolta dell’atomo di silicio. L’aerogel viene prodotto rimuovendo delicatamente il liquido, solitamente etanolo, da un alcogel di silice, sostituendolo con nient’altro che aria, che costituisce il 99.8% del prodotto finale. Alcuni aerogel hanno una densità di appena 001 grammi per centimetro cubo (0005 once per pollice cubo).
La sensazione tattile dell’aerogel è come quella della schiuma di plastica dura. Il suo aspetto fisico è semitrasparente come quello della nebbia solidificata, guadagnandosi il soprannome di “fumo congelato”. L’aerogel si rompe facilmente, rendendolo inadatto come isolante autonomo per finestre, ma può supportare fino a 2000 volte il proprio peso. È molto costoso a causa delle sostanze chimiche e dei processi alla base della sua fabbricazione, che costano fino a $ 300 per pollice cubo (2.54 centimetri cubi), anche se i prezzi stanno diminuendo. Esistono diverse varietà di aerogel, con colori e punti di forza leggermente diversi, in base alle variazioni nel processo di produzione.
Aerogel è stato creato da Steven Kistler nel 1931, ma le sue applicazioni non sono state realmente realizzate fino agli anni Sessanta e Settanta. Gli anni ‘1980 videro una rinascita nel campo degli aerogel, con istituzioni di prim’ordine come la NASA e i Berkeley Labs che lavoravano alla ricerca sul campo. Sono stati considerati come un sostituto della schiuma di poliuretano nei frigoriferi e come isolante per le finestre. L’aerogel è stato utilizzato nelle missioni spaziali della NASA per catturare particelle di micrometeoriti per lo studio senza danneggiarne la struttura.
L’aerogel viene prodotto rilasciando tutta l’acqua da un gel di silice colloidale senza disturbare la sua struttura complessiva. Quando i gel si estinguono a temperature e pressioni normali, la tensione superficiale nei minuscoli pori del gel fa restringere la struttura e si riduce a circa 10 volte il suo volume originale. Nella produzione di aerogel, un gel viene posto in un recipiente ad alta temperatura (280°C o 536°F) e pressione (1800 libbre per pollice quadrato, o 1241 Newton per centimetro quadrato). Ciò fa sì che il liquido all’interno del gel entri in uno stato supercritico, consentendo una transizione di fase da liquido a gas senza il relativo ritiro che provoca il collasso di una struttura fine del gel. Questo processo è noto come essiccazione supercritica. All’inizio il processo richiedeva giorni per creare aerogel, ma i miglioramenti hanno compresso il tempo di asciugatura a poche ore. Il processo è ancora affamato di energia, portando all’alto costo degli aerogel.
Gli aerogel si qualificano veramente come un “materiale dell’era spaziale”, una disposizione avanzata della materia senza analoghi in natura. Un giorno potrebbe essere utilizzato in una vasta gamma di applicazioni, dall’isolamento per le abitazioni alle nuove forme di opere d’arte. Molti giovani ricercatori si concentrano su questo, mescolando l’aerogel con additivi come il carbonio per aumentarne le proprietà isolanti o lavorando per ridurre al minimo la dimensione dei pori per rendere l’aerogel il più trasparente possibile. Ci sono molte direzioni per la ricerca futura e molte potenziali applicazioni se questa ricerca darà i suoi frutti.