Dünyanın en hafif maddesi Aerojel nedir? Aerojel Nerelerde Kullanılıyor?

Dünyanın en hafif maddesi nedir? Aerojel’dir. 

Aerojel (aerogel), 1931 yılında ABD’li bilim adamı  Stefan Kistler tarafından icat edilmiştir. Aslında arkadaşı Charles Learned ile arasındaki bir iddiadan sebep farkında olmadan çıkmış bir bilimsel çalışmadır.

Jellerin içindeki sıvılar, havayla yer değiştirildiğinde çökmeye yol açmamaktır”.

Aerojel ‘in icadı Bilim ve Teknoloji dünyasına ne gibi değişiklikler getirdi? Yazımızda bunlara değineceğiz.

Aerojel Nedir?

Aerojel slikon tabanlı katı maddenin içindeki sıvı ile havanın yer değiştirmesi ile oluşan bir maddedir. İlk Aerojellere verilen ad, silika jeldir. NASA bu maddeyi dünyanın en hafif katı maddesi olduğunu yıllar sonra kabul etti.

Işığı geçiren özel yapısı nedeniyle, donmuş duman ismi de verilmektedir.

Dünyanın en hafif maddesi olarak Guiness Rekorlar Kitabına girmiştir.

Silika aerojeller 30-40 nm’lik deliklerle kuşatılmış 3-4 nm’lik parçacıklardan oluşurlar. Bu malzemeler üç boyutlu ve gözenekli ağyapısının sonucu olarak çok düşük yoğunluğa sahiptirler ve  Milyonlarca ufak delikten oluşan yüzeyi, süngeri andırır.Yapılarının %99.8’e kadarı hava olabilir. Aerojellerin yapısı onlara yüksek yüzey alanı (500-1200 m2/g), yüksek porluluk (%80-99.8), düşük yoğunluk (0.003 g/cm3), iyi termal yalıtım değeri (0.005 W/mK), çok düşük dielektrik sabiti (1.0-2.0) ve düşük kırılma indisi (1.05) gibi özellikler sağlar.

Aerojeller kısaca, jellerin sıvı bileşeninin gaz ile değiştirilmesiyle elde edilen gözenekli sentetik maddeler olarak özetlenebilir.

Uzay Teknolojileri başta olmak üzere her geçen gün kullanımı artmaktadır. NASA’daki uzay gemilerinin yalıtımında, Isı, ışın, elektrik yalıtımında, Nem çekmede, Bazı kozmetik ürünlerinin koyulaştırılmasında, Çeşitli süs eşyalarının yapımında, Spor Malzemeleri üretiminde, Kurşungeçirmez yapısı nedeniyle çelik yelek yapımında, Ateşe olan dayanıklılığı ile itfaiyeci elbiselerinde, Tekstilde, Boyalarda yalıtıcı,yoğunlaştırıcı ve emici olarak kullanılmaktadır.

Dünyanın en hafif maddesi Aerojel nedir? Aerojel Nerelerde Kullanılıyor? | Karbon Aerojel

Aerojel’in Gelişimi

Aerogel ilk buluş yıllarından itibaren slikajel ile devam etmiştir.

Çin’in Hangzhou eyaletindeki Zhejiang Üniversitesi’nde, kütlesi santimetre küp başına 0.16 miligram olan bir madde geliştirildi. Profesör Gao ve ekibi tarafından geliştirilen mavi duman/donmuş duman olarak da adlandırılan grafen aerojel, üretiminin  kolay olması sebebiyle pek çok kullanım alanına sahip.

Karbon aerojeller ilk kez 1990’lı yılların başlarında oluşturuldu. Aerojeller son yıllarda çok önem kazanmış ve birçok alanda kullanıma girmiştir.Bir başak kadar hafif olan karbon grafen aerojel, görünümüne rağmen oldukça dayanıklı, esnek ve güçlü bir yapıya sahiptir.

2011 yılında ABD’nin California Irvine Üniversitesi ile California Teknoloji Enstitüsü yaptğı ortak çalışmada, santimetre küp başına 0.9 miligram kütlesi bulunan nikel aerojel, şu anda bulunanların en hafifidir.

Dünyanın en hafif maddesi Aerojel nedir? Aerojel Nerelerde Kullanılıyor? | Başaktan daha hafif

Aerojel Nasıl Üretilir?

Aerojeller, ilk zamanlarda silika esaslı sıvı jelin, yüksek basınç ve ısı altında önceden belirlenen bir değere kadar maruz kalarak, sonrasında kurutulması  ile elde edilirdi. Son yıllarda  aerojeller,metal oksitlerden organik polimerlere, karbondan karbon nanotüplere kadar çok çeşitli maddelerden üretilebilmektedir.

NASA ya ait Jet Propulsion Laboratuarlarında üretilen aerojeller, neredeyse havanın yoğunluğuna yaklaşmış durumdadır. Özgül ağırlığı 0.00011 olan (havanınki 0.0004) aerojelin görüntüsü, bir alanda toplanarak dondurulmuş şeffaf ve ağırlıksız bir dumana benziyor; ancak bu görüntünün ardında oldukça sert bir madde yatıyor.

Aerojelin doğaya zarar vermeyen yapısı, bu maddeye yatırım yapmanın en büyük sebeplerinden. Eğer aerojeli parçalanırsa, kuma dönüşüp yüzde 100 doğal malzemeye dönüşür.

Dünyanın en hafif maddesi Aerojel nedir? Aerojel Nerelerde Kullanılıyor? | Isıya çok dayanaklı

Aerojelin Kullanım Alanları ve Faydaları

Aerojel, bilinen akıllı bina sistemlerindeki cephe kaplama köpüklerden ve diğer yalıtım maddelerinden çok daha üstün özelliklere sahiptir. Bu yüzden yalıtım maddelerinde kullanılmaktadır.

Ayrıca sıcağa o kadar dayanıklı ki, oksijen kaynağıyla üzerine direkt verilen ateşi bile geçirmemektedir. İtfaiye malzemeleri ve yanmaz kullanıcı ürünlerinde kullanılmaktadır.En gelişmiş fiber-glas yalıtım malzemesinden 39 kat daha fazla yalıtım kabiliyetine sahiptir.

Aerojeller, bir başka silika (kum) esaslı madde olan camla kıyaslandığında 1000 kat daha az yoğunluğa ve delikli bir yapıdadır. Büyüklüğü milimetrenin milyarda biri kadar olan delikler, bir ağ gibi malzemenin içini kuşatır ve deliklerin etrafı da başka bir malzeme ile kaplıdır.

Dünyanın en hafif maddesi Aerojel nedir? Aerojel Nerelerde Kullanılıyor? | Aerojel büyük yük altında erimez

Güneş enerji panelleri, radyasyon dedektörleri ve radyoaktif parçacık üretimi, lazer deneyleri, ısı yalıtımı, mikroelektronik endüstrisi ve su ve egzoz gazlarının filtrelenmesidir.

ABD özel olarak Aerojel ile yapılan araştırmaları desteklemektedir. Berkeley Laboratuarları bu konuda bir çok araştırma yapmaktadır. Aerojelleri günlük kullanıma sunmaya yönelik araştırma faaliyetleri yürütülmektedir.

Aerojellerin kinetik enerjiyi emen yapısı, bu maddenin, önümüzdeki yıllarda güvenlik ve yalıtım alanlarında kullanılacağına dair güçlü sinyaller vermektedir. Geleceğin arabalarında, kazaların etkilerini önleyici aerojelleri görmek şaşırtıcı olmayacaktır. Yakın bir gelecekte, diz üstü bilgisayarlar ya da elektronik uçak kontrol mekanizmaları gibi değerli malzemelerin yapımında aerojeller önemli yer tutacaktır.

Bugün pek çok bilim adamı, doğadaki muhteşem yapının farkına varmış ve bu tasarımları rehber edinmiştir. Bu sayede, bundan 50 yıl önce ancak bilim kurgu filmlerinde gördüğünüz her şey, yavaş yavaş günlük yaşamda yerlerini alacaktır.

Dünyanın en hafif maddesi Aerojel nedir? Aerojel Nerelerde Kullanılıyor? | Darbeleri emer ve parçalanmaz

Çevre Dostu Aerojel

Çin’de petrol sızıntıları ile mücadelede önemli bir kalkan görevi üstlenmiştir. Aerojel, Petrol sızıntılarında şu anda kullanılan temizlik maddelerinden 10 kattan fazla çeker.

Çin’li Profesör Gao ve ekibinin, Grafen (karbon) aerojel’i bulmasıyla, normal aerojel’den 90 kat daha çok atık petrolü çekebilmektedir.

Atık bir aerojel maddesi, yüzde 100 dönüşümle doğal bir kum haline gelir. Kesinlikle doğa dostudur.

Enerjiyi saklaması ve kaybetmemesinden dolayı, çevre ve doğa dostu olan üstün bir maddedir.

Uzayda dolaşan toz zerrelerini yakalayabilmek amacıyla gönderilecek olan Spacedust (uzay tozu) Gemisine aerojelden oluşan bir panel eklendi. Uzayda yüksek hızla dolaşan toz zerreleri, bu panel sayesinde hiçbir hasara uğramadan dünyaya getirilebilecek.