Piana z dżemu

Piotr Stanisławski

Choć wygląda jak mrożony dym z papierosa, jest jedną z najlżejszych, najbardziej wytrzymałych i najlepiej izolujących substancji na świecie. Cała historia aerożelu zaczęła się od dżemu

Właściwie prawie go nie ma – w 99,8 procent składa się z powietrza. Reszta może być krzemem, węglem, aluminium albo... dżemem. Właśnie od słoika słodkości zaczęła się historia materiału, który może uczynić wyprawę na Marsa realną.
W 1931 roku dwóch panów zawarło zakład. Chodziło o takie wysuszenie słoika dżemu, by pozostał pełny. Jeśli po prostu zaczniemy dżem podgrzewać, na dnie słoika pozostanie bulgocząca kupka nadpalonego cukru. Chodziło o to, by wodę z dżemu zastąpić gazem, jednocześnie nie niszcząc struktury żelu, czyli układu, w którym ciecz znajduje się w kieszonkach utworzonych przez ciało stałe.
Pomysł zakładu wydaje się idiotyczny, ale jako że obaj panowie byli chemikami, zabrali się do roboty z wielką powagą. Wygrał Steven Kistler, który zastąpił wodę w dżemie alkoholem (brzmi nieźle), a następnie wymienił alkohol na ciekły dwutlenek węgla (i po co?!). Ten udało się odparować tak, że w słoiku pozostała sucha dżemowa piana. W tak dziwaczny sposób powstał pierwszy, bezużyteczny aerożel. O sprawie zapomniano na ponad 40 lat.
Aerożelom zaczęto przyglądać się ponownie w latach 70., gdy powstały technologie pozwalające na w miarę efektywną ich produkcję. Wciąż chodziło o to, by napięcie powierzchniowe odparowującej wody nie zniszczyło struktury żelu. Zamiast aerożelu dżemowego zrobiono pianę, której stałym składnikiem jest krzem. Okazało się, że jeśli uda się takie coś skutecznie wysuszyć, uzyskujemy materiał o niezwykłych właściwościach.
Przede wszystkim jest niezwykle lekki – jeden centymetr sześcienny krzemowego aerożelu waży 1,9 miligrama. Dla porównania – centymetr sześcienny żelaza to 7874 miligramy, a powietrza – 1,2 miligrama. Mimo że aerożel jest od powietrza niewiele cięższy, niektórymi właściwościami przypomina żelazo – jest na przykład w stanie utrzymać ciężar przekraczający swoją masę tysiąckrotnie – na małej, półprzezroczystej kosteczce ważącej nieco ponad dwa gramy można postawić dwuipółkilogramową cegłę. To efekt rozbudowanej struktury wewnętrznej aerożelu – piana składa się z bąbelków powietrza otoczonych niezwykle cienkimi ściankami substancji stałej, które są tak gęsto ułożone, że ciężar rozkłada się równomiernie, nigdzie nie powodując zgniecenia aerożelu.
Aerożele należą do najlepszych znanych izolatorów ciepła. Centymetrowa płytka umieszczona nad palnikiem wytwarzającym temperaturę tysiąca stopni z drugiej strony będzie tak chłodna, że można dotknąć jej ręką. Aerożel bowiem niemal całkiem blokuje trzy zjawiska odpowiedzialne za rozchodzenie się ciepła – konwekcję, przewodnictwo i promieniowanie. Powietrze nie może się wewnątrz niego poruszać, sam krzem tworzący delikatną strukturę słabo przewodzi ciepło, a promieniowanie jest pochłaniane i rozpraszane w cienkich ściankach piany.
Do tego można jeszcze dodać, że odpowiednio przygotowany aerożel jest niemal idealnie przezroczysty, a łączna powierzchnia jego drobniutkich ścianek może być naprawdę ogromna – w jednym centymetrze sześciennym potrafi sięgnąć nawet tysiąca metrów kwadratowych! A, jeszcze tak silnie pochłania wilgoć, że jeśli potrzymasz go w dłoni, na skórze zrobią ci się suche, łuszczące się plamy.
No dobrze, podziwowaliśmy się, a teraz na co nam to potrzebne? Co prawda czysty aerożel jest kruchy, ale po drobnych modyfikacjach udało się go wykorzystać jako ocieplenie kurtek. Niestety,  klienci wracali z pretensją, że kurtki są za „ciepłe”. Aerożelu zaczęto więc używać jako izolatora w skafandrach kosmicznych. Jako ocieplacza używają go też nurkowie armii USA. Cieniutka warstwa aerożelu stosowana jest również do pokrywania szyb, czyniąc je równie dobrymi izolatorami jak ocieplone ściany.
A co z wyprawą na Marsa? Jeśli dojdzie do skutku, aerożel znajdzie się w skafandrach (ocieplacz), strukturze statku (lekka, mocna konstrukcja), pochłaniaczach wilgoci, elektronice pokładowej (składnik kondensatorów) czy systemach oczyszczania powietrza (wielka powierzchnia pochłania zanieczyszczenia). A wszystko dzięki głupiemu zakładowi.

Piotr Stanisławski
"Przekrój" nr 40/2008

wpisz swój komentarz

Tytuł:		Pseudonim:
Treść:		E-mail:		Zapisz
	Wydawnictwo "Przekrój" sp. z o.o. zastrzega sobie prawo do usuwania komentarzy łamiących polskie prawo lub zasady dobrego wychowania.

komentarze do artykuŁu

Wszystkie