Aerogel

Ein Aerogel ist ein Werkstoff. Es handelt sich hierbei um einen offenzelligen, porösen, soliden Schaum, der aus einem Netzwerk von miteinander verbundenen Nanostrukturen besteht.

Herstellungsprozess

Ausgangstoffe für Aerogele sind meist Silikate, d. h. Verbindungen aus Silizium und Sauerstoff mit einem oder mehreren Metallen. Vorwiegend kommen hierbei Alkalisilikate zum Einsatz. Dies sind Verbindungen mit einem Element der ersten Hauptgruppe im Periodensystem, den sogenannten Alkalimetallen. Aerogele können aber auch aus Metalloxiden oder Kohlenstoffverbindungen hergestellt werden.

Bei der Herstellung mittels Alkalisilikaten entstehen in wässrig-alkoholischer Lösung Kieselsäuremoleküle. Diese vernetzen sich unter Abspaltung von Wasser und bilden somit ein mit Wasser und Alkohol gefülltes Netz, ein sogenanntes Gel. Durch einen speziellen Trocknungsprozess bei hohem Druck und hoher Temperatur wird die Flüssigkeit aus dem Gel ausgetrieben, ohne dass sich das Volumen verringert. Es entsteht ein hochporöser Festkörper aus Siliziumdioxid mit stabilen Nanoporen, das Aerogel. Die Porosität von Aerogelen beträgt über 90 Prozent, gelegentlich sogar über 99 Prozent.

Alternativen zur Verwendung von Alkalisilikaten sind organische Silizium-Kohlenstoff-Verbindungen, z. B. Tetraethylorthosilikat, welche in einer wässrigen alkoholischen Lösung zu Gel umgesetzt werden. Durch Zugabe von Säuren oder Basen kann dieser Prozess beschleunigt werden.

Eigenschaften

Die Porengröße der Silikat-Aerogele liegt im Bereich von 2 bis 50 nm, die innere Oberfläche beträgt etwa 600 m²/g, kann aber auch deutlich größer sein.

Aerogele sind mit einer Dichte von 70 bis 300 kg/m³ sehr leicht und weisen eine geringe Wärmeleitfähigkeit von etwa 0,014 bis 0,021 W/(mK) auf. Zusätzlich besitzen sie eine geringe Schallgeschwindigkeit und eine hohe Lichtdurchlässigkeit.

Verwendung

Aerogele werden zum Wärmeschutz, Schallschutz oder Brandschutz eingesetzt. Besonders wegen der geringen Wärmeleitfähigkeit eignen sich Aerogele hervorragend zur Wärmedämmung. In dieser Hinsicht sind sie anderen Dämmstoffen, z. B. Polystyrol, Glaswolle, Flachs, Kork oder Schaumglas, überlegen. zum Einsatz kommen Aerogele in Form von Dämmplatten oder Dämmmatten sowie als Granulat für die Einblasdämmung. Auch neuartige Spezialputzentwicklungen versuchen die guten Dämmeigenschaften der Aerogele zu nutzen. Allerdings muss bei der Verarbeitung von Aerogelen beachtet werden, dass es zu starken Emissionen von Staub kommen kann.

Oftmals findet Aerogel auch als Material für Filter Anwendung. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, biologisch aktive Moleküle, Proteine oder Zellen einzulagern.

Synonym(e):

Nanogel

Englische Übersetzung(en):

aerogel