Aerogel: Usos y propiedades mecánicas
¿Qué es el aerogel?
Si los materiales tuvieran sus propios superlativos, el aerogel ganaría ‘más interesante’, sin duda. Desde sus usos, que incluyen la recolección de polvo de cometas, hasta su invención, que se basó en una apuesta entre dos químicos, el aerogel no tiene nada de aburrido.
Como sugiere su nombre, el aerogel es en parte gel y en parte aire. Específicamente, el aerogel se refiere a un grupo de materiales sólidos de baja densidad que son extremadamente porosos. Muy simple, es un gel sin la porción líquida. El tipo más común de aerogel está hecho de sílice, pero también hay aerogel hecho de carbono, óxidos metálicos y otros materiales. ¡Mira, no aburrido!
El aerogel se inventó en la década de 1930 y, según cuenta la historia, el químico Samuel Kistler apostó a otro químico a que un gel obtiene sus propiedades de su estructura en lugar de su líquido. En un intento por ganar la apuesta, evaporó el líquido de un gel y lo reemplazó con gas. Le tomó un tiempo, pero finalmente nació el primer aerogel.
Propiedades mecánicas
El aerogel tiene más del 99% de aire y tiene un montón de propiedades fascinantes. Por ejemplo, es un excelente aislante, tiene baja densidad y es liviano. De hecho, ¡hay un aerogel que es siete veces más ligero que el aire!
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Y, sin embargo, con todas estas increíbles propiedades, el aerogel tiene algunos defectos. Las propiedades mecánicas , o las propiedades asociadas cuando se aplica presión y fuerza a un material, no son tan impresionantes.
Por ejemplo, los aerogeles de sílice pueden resistir miles de veces su propio peso, pero ese es solo el caso cuando el peso se aplica con cuidado y de manera uniforme. Y como los aerogeles son muy ligeros, no aguantan mucho.
Bien, entonces el aerogel no es perfecto. Específicamente, puede:
- ser frágil, lo que significa que se rompe fácilmente.
- tener baja tenacidad; no puede absorber energía sin dañarse.
- tienen baja resistencia a la compresión, lo que significa que se rompe cuando se comprime.
- ser friable, lo que significa que puede romperse y desmoronarse fácilmente.
Aunque el aerogel tiene un montón de propiedades asombrosas, las propiedades mecánicas disuadieron a la gente. Pero no se preocupe. Algunos científicos inteligentes trabajaron para crear aerogeles nuevos, flexibles y más fuertes.
Por ejemplo, X-Aerogel es aerogel mezclado con polímeros ligeros. Aunque los polímeros hicieron que el aerogel fuera tres veces más denso, también lo hicieron 100 veces más fuerte y, por lo tanto, más utilizable.
Y luego están las mantas compuestas de aerogel reforzadas con fibra, que se desarrollaron tomando aerogel y colocándolo sobre una alfombra fibrosa. Esto hizo que el aerogel fuera flexible, al tiempo que le permitía conservar sus propiedades aislantes. Esta tecnología tiene muchos usos, desde plantillas para calentar los pies hasta aislamiento de tuberías.
Usos
Hablando de usos, las modificaciones que hicieron al aerogel más fuerte y más flexible, aumentaron enormemente su utilidad. Hoy en día, los aerogeles se pueden encontrar en pinturas, trajes de neopreno, ventanas, aislantes, cosméticos, armaduras, aviones e incluso en armas nucleares. Recientemente, los científicos fabricaron aerogeles con calcogenuros metálicos, que es un material que contiene un elemento calcógeno, como el telurio o el selenio. Estos aerogeles pueden brillar y los investigadores esperan usarlos para producir hidrógeno a partir del agua y la luz solar.
Pero algunos de los usos más fascinantes del aerogel provienen de la NASA. En 2006, la NASA quería capturar el polvo de los cometas, por lo que utilizaron aerogel. Dado que el cometa (y el polvo) viajaba a gran velocidad, los investigadores se arriesgaron a dañar las partículas de polvo durante el proceso de captura. Al usar aerogel, pudieron ralentizar el polvo gradualmente, evitando así cualquier daño.
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La NASA todavía está tratando de encontrar formas de utilizar aerogel, y recientemente estaban usando el material en su desacelerador aerodinámico inflable hipersónico (HIAD). Se trata básicamente de un dispositivo similar a un paracaídas que se utiliza para ayudar a las naves espaciales a entrar de forma segura en la atmósfera de la Tierra (u otros planetas). El aerogel se usa en la superficie de HIAD como aislante para ayudar a protegerlo cuando ingresa a la atmósfera.
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Resumen de la lección
¿Ves, qué te dije? El aerogel , o un grupo de materiales sólidos, porosos y de baja densidad, no es aburrido. Fue inventado por una apuesta y tiene algunas propiedades bastante impresionantes, como ser un buen aislante, tener una baja densidad y ser liviano. Las propiedades mecánicas , que son propiedades asociadas con la forma en que el aerogel responde a la presión y la fuerza, no fueron tan impresionantes. Recuerde, el aerogel es frágil, tiene baja tenacidad, baja resistencia a la compresión y es friable. Todas estas cosas hicieron que usarlo fuera un desafío.
Afortunadamente, los científicos encontraron algunas formas de aumentar su flexibilidad y fuerza. Esto incluyó agregar polímeros livianos o colocar el aerogel sobre una alfombra fibrosa. Estas mejoras aumentaron su usabilidad, y hoy en día se usa en todo, desde ventanas hasta armaduras, con algunos de sus usos más impresionantes, incluido el ‘colector de polvo de cometa’ o protector del HIAD.