Was ist der diffuseste Feststoff?
Die diffusesten Feststoffe sind die Aerogele, die durch überkritisches Trocknen eines herkömmlichen Gels erzeugt werden. Durch überkritisches Trocknen kann die Flüssigkeit aus dem Gel extrahiert werden, ohne dass die Gelmatrix aufgrund der Kapillarwirkung kollabiert. Überkritisches Trocknen erfordert eine hohe Temperatur (705 ° F, 374 ° C) und einen hohen Druck (219 Atmosphären). Es zwingt die Flüssigkeit, in einen Zustand zu gelangen, der von einem Gas oder einer Flüssigkeit (einer überkritischen Flüssigkeit) nicht zu unterscheiden ist, erwärmt sie dann und bewirkt, dass sie sich in ein Gas umwandelt. Die Kapillarwirkung wird verhindert, indem ein direkter Übergang von Flüssigkeit zu Gas wie beim Verdampfen vermieden wird. Aerogel wurde 1931 von Steven Kistler erfunden, angeblich als Teil einer Wette mit seinem Freund, um zu sehen, wer die Flüssigkeit aus der Marmelade extrahieren kann, während das Volumen erhalten bleibt.
Aerogele sind ein bemerkenswertes Material. Das Aerogel mit dem Spitznamen "gefrorener Rauch" ist extrem diffus und besteht zu 99,8% aus Luft. Seine Dichte beträgt nur 3 Milligramm pro Kubikzentimeter (3 kg pro Kubikmeter), 0,3% der Dichte von Wasser. Aerogel ist 3780-mal diffuser als Blei. Silizium-Aerogel ist in unglaublichen 15 Einträgen im Guinness-Buch der Rekorde enthalten, darunter der diffuseste feste und beste Wärmeisolator. Aerogel wurde kürzlich von der NASA auf einer Mission der Sonde Stardust eingesetzt, um kleine Stücke des Kometen Wild 2 einzufangen.
Trotz seiner geringen Dichte kann Aerogel leicht gehandhabt werden. Es ist mit 100-Nanometer-Löchern übersät und hat eine riesige Oberfläche, was es ideal für Superkondensatoren macht. Aerogel ist ein so fantastischer Wärmeisolator, dass eine dünne Schicht Streichhölzer davor schützen kann, von einer Lötlampe entzündet zu werden. Aufgrund seiner hohen Isolationsfähigkeit wurde es für den Einsatz in Weltraumanzügen und für militärische Rüstungen vorgeschlagen.
Aerogel kann unter Verwendung einer Vielzahl von Ausgangsmaterialien hergestellt werden, einschließlich Silizium, Aluminiumoxid, Chromoxid, Zinnoxid und in jüngerer Zeit Kohlenstoff. Mithilfe von Kohlenstoff-Nanoröhren haben Materialwissenschaftler ein Aerogel namens Kohlenstoff-Nanoschaum hergestellt, das nur 1% der Dichte zuvor hergestellter Aerogele und nur das Wenige der Luftdichte aufweist. Kohlenstoffnanoschaum ist wirklich der diffuseste Feststoff.