Aerogel: O incrível sólido mais leve alguma vez criado na Terra

Há materiais que a tecnologia produz e que são uma porta para soluções que só o futuro mostrará. Um desses materiais é o aerogel. Estamos a falar de um material que intrigou a comunidade científica devido às suas impressionantes propriedades físicas e químicas. O aerogel é um material sólido que possui características muito diferentes em comparação com outros sólidos. Portanto, este é o sólido mais leve a ser criado na Terra.

O material que desafia a ciência é composto de 97% de ar, mantendo as propriedades estruturais de um sólido.

De onde veio o nome Aerogel?

O termo aerogel é criado a partir de duas palavras - ar e gel. E há história para esse nome. Assim, o aerogel foi inventado por Samuel Stephens Kistler. Samuel era fascinado pela geleia por causa da sua natureza dupla para agir tanto como um sólido quanto como um líquido.

A razão pela qual a gelatina tem propriedades de líquido e sólido deriva de uma combinação de ambos. Isto é, a gelatina tem uma estrutura porosa que mantém a água dentro dela, criando uma pseudo-substância.

Samuel perguntou-se o que aconteceria se ele substituísse o conteúdo de água pelo ar. No entanto, se o gel fosse seco simplesmente, ele iria contrair a estrutura sólida, levando ao aparecimento de fendas. Desta forma, ele entendeu que a estrutura altamente microporosa do gel colapsa devido às altas forças de tensão superficial exercidas pelo líquido. Então, olhou para formas alternativas em que o líquido pode ser removido sem ferir a estrutura sólida, e surgiu a ideia de substituir a água pelo álcool.

Quando o álcool é convertido num estado supercrítico, ele torna-se num estado entre gás e líquido, e não sofrerá de tensão superficial. A estrutura microporosa sólida foi feita usando Sílica.

Quando o álcool evaporou foi formado o primeiro Aerogel. Nos termos mais simples, o Aerogel é feito a partir da remoção de água ou solvente de uma estrutura gelatinosa.

Propriedades físicas do aerogel

A razão pela qual o aerogel parece translúcido é devido ao facto de que grande parte do material é apenas ar, o que também explica a sua densidade muito baixa. Eles são chamados os sólidos mais leves da Terra e até mesmo um bloco do tamanho de um homem de seis metros de aerogel só pesará cerca de um quilo.

O Recorde Mundial do Guinness para o material impresso em 3D mais leve é ​​um grafeno Aerogel impresso por Dong Lin. O aerogel tem outras propriedades físicas únicas, e uma delas é o incrível isolamento contra o calor (0,023 W/mK a 100 °C).

Além disso, o aerogel também possui excelentes propriedades acústicas, apresentando isolamentos acústicos 10 a 1000 vezes melhores do que as formas de poliuretano.

Como a estrutura é feita a partir de apenas 3% de sólidos, o aerogel é muito frágil. Os dois principais materiais sólidos utilizados para a preparação do Aerogel são sílica e carbono.

Como é produzido o Aerogel?

Conforme vimos, o aerogel é feito removendo-se o conteúdo de água/solvente de um gel e substituindo-o por ar. O método moderno de fabrico de aerogel usa um processo chamado sol-gel.

O novo processo de fabrico foi desenvolvido em 1983 por Arlon Hunt e pelo Microstructured Materials Group. Eles usaram um TEOS ou Tetraethyl orthosilicate na produção de aerogel, que é muito mais seguro do que o método TMOS que foi usado até então.

Outro desenvolvimento foi o uso de dióxido de carbono líquido, que substituiu o uso de álcool como solvente base. O uso de TMOS e álcool em aerogel tornou o processo muito perigoso. Conforme em tempos foi visto, esta composição resultou numa devastadora explosão que destruiu uma fábrica de aerogel na Suécia.

O novo processo de produção tem o mesmo rendimento do TMOS mas sem os seus perigos.

Quais são as aplicações do aerogel?

As características físicas do Aerogel fizeram dele um dos materiais artificiais mais estudados. Hoje em dia, podemos encontrar aerogel em cosméticos, tintas, roupas de mergulho, etc. Contudo, o seu uso na indústria aeroespacial só aumentou desde a sua invenção. O aerogel foi usado até mesmo para capturar cometas e poeira interestelar na missão Stardust da NASA.

Este material exclusivo foi usado como material isolante que manteve o Mars Exploration Rover aquecido durante a sua missão. No entanto, há muitas outras aplicações práticas como, por exemplo, material isolante para edifícios.

Uma nova invenção chamada algodão-aerogel está a ter sucesso em vários setores. No mercado do vestuário, o aerogel de algodão pode ser usado como um material isolante que pode substituir casacos volumosos convencionais.

Uma aplicação surpreendente é o uso de algodão aerogel como dispositivo de controlo de hemorragia, onde pode ser injetado numa ferida aberta e este irá expandir-se, aplicando pressão na ferida, impedindo-a de sangrar.

Qual a razão da indústria não estar a apostar no aerogel?

Se há tantas vantagens, se existem inúmeros cenários de aplicação para o dia a dia, então porque não se aproveitam as incríveis propriedades do aerogel?

Há várias razões que explicam esta realidade. Primeiro é o fato de que o aerogel é muito difícil de fabricar, mesmo com os avanços que tivemos em termos de produção. Os maiores painéis de Aerogel que a indústria conseguiu produzir foram do tamanho de 90x90 cm. E esse tamanho só foi possível através de máquinas altamente avançadas.

Em segundo lugar está o preço. É dispendioso o processo de fabrico o que se traduz na transferência desse custo para o consumidor final. Para termos um exemplo, uma placa do material medindo 2,5 cm x 2,5 cm x 1,0 cm custa cerca de 50 euros.

Um dos principais desafios enfrentados pela indústria de aerogel é a natureza frágil do sólido. Não se engane, o material é forte e pode conter muitas vezes o seu peso. No entanto, o material não se sustenta bem sob tensão.

Avanços foram feitos no sentido de simplificar o processo de fabrico do aerogel e melhorar a sua integridade estrutural. Uma vez que estas limitações sejam resolvidas, o aerogel certamente chegará a mais pessoas e produtos.

Portanto, a aerogel é, sem dúvida, um dos poucos materiais milagrosos alguma vez criados. O material tem imenso potencial nas suas muitas formas e combinações.