Aerogel: un materiale innovativo con ampio potenziale
Secondo la I.U.P.A.C., gli aerogel rappresentano una classe speciale di materiali emergenti che offrono ampie possibilità di impiego nei diversi settori tecnologici. Questi materiali si distinguono per la loro struttura simile a un gel, in cui la parte liquida è sostituita da gas, mantenendo intatta la forma originaria.
Indice Articolo
Gli aerogel vengono ottenuti attraverso processi specifici che prevedono l’estrazione del solvente dai gel umidi e la sostituzione con un gas, conservando il reticolo tridimensionale e il volume iniziale. Caratterizzati da una struttura solida nanoporosa riempita d’aria, gli aerogel presentano proprietà uniche come elevata porosità, bassa densità, ampia superficie e ridotta conduttività termica.
Proprietà e Applicazioni degli Aerogel
Gli aerogel sono conosciuti per le loro caratteristiche distintive, in particolare per la loro straordinaria bassa densità che varia da 0.0011 a 0.5 g/cm³. Queste peculiarità li rendono adatti a svariate applicazioni in settori diversi, come isolamento termico, depurazione di gas e acqua, settore aerospaziale e tecnologie biomediche.
Classificazione degli Aerogel
Gli aerogel possono essere classificati in base alla loro composizione. Si distinguono gli aerogel organici, costituiti da grafene e nanotubi di carbonio, gli aerogel inorganici contenenti ossidi come biossido di titanio, biossido di silicio, ossido di alluminio, ossido di zirconio e ossido di stagno, e gli aerogel compositi formati da diverse combinazioni di ossidi.
Applicazioni e Sviluppi Futuri
Tra gli aerogel inorganici, quelli a base di biossido di silicio sono i più diffusi e ampiamente studiati, con elevate proprietà porose, ampia superficie specifica e bassa conduttività termica. Gli aerogel a base di polimeri sintetici, tuttavia, presentano limiti legati alla biodegradabilità e alla tossicità dei precursori impiegati.
Al fine di superare tali criticità, si sta puntando alla produzione di aerogel da materiali biologici, utilizzando precursori come polisaccaridi di origine naturale tra cui cellulosa, chitosano, alginato e amido. Questa tendenza ha l’obiettivo di sviluppare aerogel più sostenibili e rispettosi dell’ambiente per le future applicazioni tecnologiche.
In conclusione, gli aerogel rappresentano una promettente categoria di materiali con un vasto spettro di possibilità applicative, che spaziano da settori tradizionali come l’isolamento termico a ambiti innovativi come la biomedicina, sostenendo il costante sviluppo e la ricerca nel campo dei materiali avanzati.
Applicazioni e Utilizzi degli Aerogel
Gli aerogel, materiali ultraleggeri e porosi costituiti per il 99.8% da aria, trovano molteplici applicazioni in diversi settori. La loro bassa conduttività termica li rende particolarmente utili in ambito scientifico, come dimostrato dall’utilizzo dell’aerogel di silice come isolante sul Mars Rover Sojourner nella missione Pathfinder del 1997 per l’esplorazione di Marte. All’interno di scatole chiamate Warm Electronics Boxes, l’aerogel è stato impiegato per proteggere apparecchiature elettroniche dalle temperature estreme.
In ambito medico, gli aerogel sono utilizzati nell’ingegneria tissutale per la rigenerazione di vari tessuti come ossa, pelle, vasi sanguigni e cartilagini. Trovano impiego anche nella somministrazione di farmaci, nei dispositivi medici impiantabili e negli innesti ossei.
Nel campo della chimica verde, gli aerogel sono utilizzati per creare elettrodi sostenibili, come soluzione a problemi ambientali e di inquinamento. Trovano impiego in sensori, dispositivi di accumulo e conversione dell’energia, come i supercondensatori, grazie alle loro eccellenti proprietà termiche e meccaniche.
Storia e Scoperta degli Aerogel
Gli aerogel sono stati ottenuti per la prima volta dal chimico statunitense Samuel Kistler, la cui ricerca fu pubblicata su Nature il 16 maggio 1931. La sintesi del primo aerogel rimane avvolta nel mistero, con ipotesi che lo situano presso il College of the Pacific in California o presso l’Università di Stanford, dove Kistler aveva conseguito il dottorato di ricerca.
La scoperta degli aerogel sembra essere nata da una scommessa tra Kistler e il suo amico Charles Learned, che sfidava la capacità di sostituire il liquido all’interno di un barattolo di gelatina senza causare restringimenti.
Nonostante la scoperta iniziale, gli aerogel furono in gran parte trascurati per diversi decenni a causa della complessità e del costo elevato del processo di produzione, oltre alle limitate applicazioni commerciali. Fu solo con lo sviluppo di metodi di produzione più sicuri ed efficienti da parte di scienziati francesi dopo la morte di Kistler nel 1975 che gli aerogel ottennero una maggiore attenzione e ritorno di interesse.
