LŻEJSZE OD PIÓRKA

(...)Biorąc w palce kawałek aerożelu odnosi się niezwykłe wrażenie, ponieważ nie czuje się jego ciężaru. Taki materiał przydaje się badaczom kosmosu, ale równie dobrze powinien znaleźć znacznie szersze zastosowanie w wielu dziedzinach naszego życia. Chociaż aerożel w 96% wypełnia powietrze to jego wytrzymałość dorównuje dobrze znanemu modelarzom drzewu balsa (ciężar właściwy 0,13 g/ccm).
Aerożele odkrył jeszcze w latach 30-tych naszego wieku Steven Kistler z kalifornijskiego College of the Pacific, który eksperymentował z żelami powstającymi z bezpostaciowego krzemu. Żel jest substancją składającą się z cząstek stałych zawieszonych w cieczy. Z żelami mamy do czynienia w naszym codziennym życiu, a najlepszym przykładem może być tu galaretka owocowa spożywana na deser po obiedzie. (...)

Kistler chciał wytworzyć żelatynę krzemiankową z tą jednak różnicą, aby usunąć z niej wodę, a strukturę stałą pozostawić nienaruszoną. W rezultacie powstało ciało stałe wypełnione powietrzem, którego poszczególne cząsteczki i pory mają średnicę mniejszą od kilkuset angstremów, a więc znacznie mniejszą od najkrótszych fal światła widzialnego. (Angstrem jest jedną dziesięciomiliardową częścią metra). Przy pewnych warunkach oświetlenia aerożele dają niebieskawą, nieziemską poświatę jak "duchy". Spowodowane jest to rozproszeniem rayleighowskim - tym samym efektem, który powoduje, że niebo wydaje się niebieskie. Jest to bezpośredni rezultat niewiarygodnie drobnej struktury aerożeli.

(...)Drugą interesującą właściwością aerożeli jest ich niezwykła klarowność. Aerożele krzemowe są tak przezroczyste, że łatwo jest nie zauważyć kawałka leżącego na stole, a kiedy się wtedy coś na nim postawi można usłyszeć złowieszcze "chrup"! Hunt uznał, że jednym z naturalnych zastosowań takiego materiału - jeśli tylko udałoby się produkować aerożele na skalę przemysłową - byłyby okna termiczne i świetliki, zastępujące tradycyjne, szklane szyby.

Kistler opracował metodę wytwarzania aerożeli zwaną "nadkrytyczną ekstrakcją". Polega ona na tym, że woda w żelu zostaje zastąpiona alkoholem, a następnie substancja jest ogrzewana pod wysokim ciśnieniem powyżej temperatury wrzenia alkoholu, kiedy staje się on nadkrytyczny. Normalne usuwanie cieczy z mikroskopijnych porów żelu spowodowałoby ich uszkodzenie pod wpływem sił napięcia powierzchniowego. Alkohol w stanie nadkrytycznym nie wykazuje napięcia powierzchniowego i może wydostać się z żelu nie uszkadzając go. Sposób ten wymaga dużego nakładu energii: temperatury ponad 260 stopni C i ciśnienia około 130 atmosfer. Jest to zresztą proces dość niebezpieczny, ponieważ energię chemiczną zawartą w alkoholu można porównać z dynamitem, lub benzyną.

(...) Warstwa aerożelu o grubości jednego cala umieszczona w przestrzeni pomiędzy dwoma szybami okna z odpompowanym powietrzem zapewnia izolację termiczną odpowiadającą 30 - 40 szybom szklanym. Okna aerożelowe będą miały znacznie lepszą izolację termiczną od sąsiednich ścian pomieszczenia. Rozmiary konwencjonalnych świetlików są ograniczone dopuszczalnymi stratami ciepła - świetliki aerożelowe możnaby robić dowolnej wielkości.

Wydawałoby się, że na tak doskonały materiał znajdzie się wielu amatorów, jednakże hamulcem jest tu jego wysoki koszt. Blok aerożelu wielkości brykietu opałowego kosztuje około 100 dolarów, co eliminuje go z wielu zastosowań. Realną byłaby cena kilkudziesięciu dolarów za metr kwadratowy. Stąd wniosek, że należy doskonalić technologię produkcji aerożeli, aby pojawiły się szanse na przyciągnięcie inwestorów. bo to, że aerożele znajdą zastosowanie jest całkowicie pewne.

Aerożele mają jeszcze inny niedostatek - zabarwienie. Najlepsze rodzaje aerożeli nie wykazują żadnego zabarwienia, kiedy się przez nie patrzy. Jeżeli trzyma się je na ciemnym tle w silnych promieniach słońca, wtedy można zauważyć niebieską poświatę wokół postrzępionych krawędzi. Ponieważ substancja rozprasza niebieskie światło, to dla oka ma nieco złocisty odcień. Aerożel jest niemal całkowicie przezroczysty. Czy byłby dostatecznie przejrzysty na okna - trudno powiedzieć dziś, ale na pewno nadawałby się do wielu zastosowań.

(...) Jedna z firm w Indii chciała produkować termosy z izolacją aerożelową. W Antarktyce mogłyby znaleźć zastosowanie schrony z aerożelu, do ogrzewania których wystarczyłoby jedynie ciepło wydzielane przez znajdujące się tam osoby. Marynarka wojenna widziała możliwość wykorzystania aerożeli, doskonale tłumiących dźwięki, do wyciszania łodzi podwodnych. Akustyczne właściwości aerożeli predestynowałyby je do ultradźwiękowych systemów automatycznego nastawiania na ostrość w kamerach fotograficznych, czy filmowych. Widzi się również możliwość wykorzystania aerożeli w roli nośnika dla różnych substancji, włącznie z herbicydami, a także - ponownie - paliwa rakietowego.

(...)Robert Morrison, naukowiec też pracujący w Lawrence Livermore Laboratory, wytworzył z agaru, czyli białka znajdującego się w morskich wodorostach, całkiem nową rodzinę niezwykle lekkich substancji stałych. Nazwał je "Safe Emulsion Agar gel", skrótowo - SEAgel. Wytwarzanie SEAżelu jest znacznie łatwiejsze i tańsze aniżeli produkowanie aerożelu: bierze się agarozę, biały proszek pochodzący z morskich wodorośli. Po rozpuszczeniu w wodzie i ostudzeniu z agarozy powstaje żel. Następnie żel suszy się metodą liofilizacji - sublimacji w próżni kryształków lodu powstałych wskutek zamrożenia. Pory w agarozie są co najmniej 100-krotnie większe od tych w aerożelu, a więc są dostatecznie duże dla pomieszczenia kryształków lodu, które zniszczyłyby strukturę żelu krzemowego. Po liofilizacji pozostaje ciało stałe przypominające białą piankę. Morrison mówi żartobliwie, że wystarczy mieć w domu zamrażarkę, aby wytwarzać SEAżel.
I oto Morrison używając tak powszechnie spotykanej substancji, jak agaroza, wyprodukował SEAżele tak lekkie, że jedynie masa zawartego w nich powietrza utrzymuje je na powierzchni ziemi. Gdyby usunąć powietrze wypełniające SEAżel, wtedy stałby się on ciałem stałym lżejszym od powietrza. Tak lekkie SEAżele są jednak znacznie bardziej delikatne od aerożeli i ich wartość praktyczna jest bardzo ograniczona. Wytrzymałość SEAżelu można jednak poprawić zwiększając ilość agarozy. W ten sposób udało się wytworzyć SEAżele o wytrzymałości dorównującej balsie, ale mające gęstość o połowę od niej mniejszą. (...) Twórcy nowych materiałów dopatrują się przyczyn trudności w ich upowszechnianiu w socjologii biznesu: firmy niechętnie biorą się za coś, czego ktoś inny nie robi. Zapewne boją się aby nie był to falstart. Najczęściej spotykaną odpowiedzią potencjalnych inwestorów jest: "Pokażcie mi kogoś, kto to już używa, a wtedy się zastanowię".

Z tych względów uczeni liczą na dotacje rządowe, do czasu pojawienia się zainteresowania przemysłu. Dlatego też aerożele najczęściej pozostają w ezoterycznych zakątkach różnych dziedzin nauki. W kosmosie krążą satelity (np. EURECA - European Retrievable Carrier), na których umieszcza się kawałek aerożelu w roli pułapki na kosmiczne mikrometeoryty. Aerożel jest bowiem idealnym materiałem do zbierania cząsteczek kosmicznego pyłu, kryjącego w sobie tajemnice powstania systemu słonecznego. Bardzo mała gęstość aerożelu powoduje, że padające nań mikrometeoryty prawie nie natrafiają na żaden opór i stopniowo wyhamowują nie ulegając zniszczeniu. Kiedy próbki aerożelu wrócą z kosmosu na ziemię będzie można w nich poszukać śladów i pod mikroskopem wyizolować próbki mikrometeorytów do dalszych analiz.

Jerzy Chmielewski

---