Aerogel ist ein fortschrittliches Material, das 15 Einträge im Guinness-Buch der Rekorde für Eigenschaften wie den Feststoff mit der niedrigsten Dichte und den besten Isolator enthält. Es ist eine silikatische Substanz, die aus einem lockeren dendritischen Netzwerk des Atoms Silizium besteht. Aerogel wird hergestellt, indem die Flüssigkeit, normalerweise Ethanol, vorsichtig aus einem Silica-Alkogel entfernt und durch nichts als Luft ersetzt wird, die 99.8 % des Endprodukts ausmacht. Einige Aerogele haben eine Dichte von nur 001 Gramm pro Kubikzentimeter (0005 Unzen pro Kubikzoll).
Die taktile Empfindung von Aerogel ist wie die von Hartplastik. Seine physische Erscheinung ist halbtransparent wie die von erstarrtem Nebel, was ihm den Spitznamen „gefrorener Rauch“ einbringt. Aerogel zerbricht leicht, was es als eigenständiger Isolator für Fenster ungeeignet macht, aber es kann bis zum 2000-fachen seines Eigengewichts tragen. Es ist aufgrund der Chemikalien und Prozesse, die seiner Herstellung zugrunde liegen, sehr teuer und kostet bis zu 300 US-Dollar pro Kubikzoll (2.54 Kubikzentimeter), obwohl die Preise sinken. Es gibt verschiedene Aerogel-Sorten mit leicht unterschiedlichen Farben und Stärken, basierend auf Variationen im Herstellungsprozess.
Aerogel wurde 1931 von Steven Kistler entwickelt, aber seine Anwendungen wurden erst in den sechziger und siebziger Jahren wirklich realisiert. In den 1980er Jahren erlebte der Bereich der Aerogele ein Revival, in dem hochkarätige Institutionen wie die NASA und Berkeley Labs an der Forschung auf diesem Gebiet arbeiteten. Sie gelten als Ersatz für Polyurethanschaum in Kühlschränken und als Isolator für Fenster. Aerogel wurde bei NASA-Weltraummissionen verwendet, um Mikrometeoritenpartikel für Studien aufzufangen, ohne ihre Struktur zu beschädigen.
Aerogel wird hergestellt, indem das gesamte Wasser aus einem kolloidalen Kieselgel freigesetzt wird, ohne seine Gesamtstruktur zu stören. Wenn Gele unter normalen Temperaturen und Drücken absterben, führt die Oberflächenspannung in winzigen Poren des Gels dazu, dass sich die Struktur zusammenzieht und sich auf etwa das 10-fache ihres ursprünglichen Volumens reduziert. Bei der Aerogel-Herstellung wird ein Gel in ein Gefäß mit hoher Hitze (280 °C oder 536 °F) und hohem Druck (1800 Pfund pro Quadratzoll oder 1241 Newton pro Quadratzentimeter) gegeben. Dies bewirkt, dass die Flüssigkeit innerhalb des Gels in einen überkritischen Zustand übergeht, wodurch ein Phasenübergang von Flüssigkeit zu Gas ohne die begleitende Schrumpfung ermöglicht wird, die zum Kollabieren einer feinen Gelstruktur führt. Dieser Vorgang wird als überkritische Trocknung bezeichnet. Anfangs dauerte es Tage, um Aerogele herzustellen, aber Verbesserungen haben die Trocknungszeit auf wenige Stunden verkürzt. Der Prozess ist immer noch energiehungrig, was zu hohen Kosten für Aerogele führt.
Aerogele qualifizieren sich wirklich als „Material des Weltraumzeitalters“, eine fortschrittliche Anordnung von Materie ohne Analogie in der Natur. Es könnte eines Tages in einer Reihe von Anwendungen eingesetzt werden, von der Isolierung für Wohnungen bis hin zu neuen Formen von Kunstwerken. Viele junge Forscher konzentrieren sich auf das Zeug, mischen Aerogel mit Additiven wie Kohlenstoff, um seine Isoliereigenschaften zu erhöhen, oder arbeiten daran, die Porengröße zu minimieren, um Aerogel so transparent wie möglich zu machen. Es gibt viele Richtungen für zukünftige Forschung und viele potenzielle Anwendungen, wenn diese Forschung Früchte trägt.