INTRODUCCION

La nanotecnología es hoy en día lo que está marcando el desarrollo de la humanidad esta se refiere básicamente al trabajo a nivel microscópico, es decir la utilización de la moléculas y átomos para la creación de materiales asombrosos, esta rama de las ciencias aplicadas ha permitido a la humanidad y de seguro seguirá permitiendo mejorar la calidad de vida pues aún faltan mucho que desarrollar y que descubrir, actualmente muchos países invierten en la nanotecnología y es así como se ha llegado a descubrir un extraordinario material conocido como el aerogel

Los aerogeles son materiales descubiertos en 1930 por Samuel Stephens Kistler, como resultado de una apuesta entre él y Charles Learned, el reto era sobre quién podría reemplazar el líquido de un tarro de mermelada por gas sin que el volumen de este disminuyera. El primer resultado que se obtuvo fue el gel de sílice.

Pasaron muchos años para que se pudieran hacer experimentos con este asombroso material debido principalmente a la difícil obtención y costos del mismo, sin embargo hace algunos años la humanidad ha visto como el desarrollo de este material puede ser la solución a muchos problemas que la agobian desde la contaminación ambiental hasta imposición de una nueva moda

En el presente informe vamos a tratar de un material poco conocido en mundo, como lo es el “Aerogel” un material de muy poca densidad, capaz de soportar 1000 veces su peso usado, tiene muy poca conductividad térmica por lo que es usado mayormente como aislante. Vamos a definir que es el Aerogel, vamos a definir sus características, propiedades, usos, clases, etc.

OBJETIVOS

Definir y estudiar “Aerogel”. Estudiar las diferentes variantes de aerogel existentes. Definir sus diferentes usos Definir sus principales características.

AEROGEL

Los geles son sólidos porosos formados por una red sólida tridimensional interconectada la cual se encuentra expandida dentro de una fase líquida. Estos materiales se pueden clasificar según su solvente. Si el líquido que se encuentra en mayor proporción es agua el gel correspondiente es un hidrogel. Asimismo, si el medio líquido está compuesto por alcohol entonces el gel se denomina alcogel. Finalmente, si la mayoría del líquido es extraído, el sólido obtenido puede ser un xerogel o un aerogel En los xerogeles, la estructura final del gel seco presenta una gran contracción, un área superficial de 500 m2 /g y una porosidad del 30%. Por el contrario, los aerogeles son secados con el fin de prevenir esta contracción y por lo tanto el resultado final son monolitos que conservan el mismo volumen del gel original. Del mismo modo, los aerogeles poseen una mayor porosidad (98%) y una mayor área superficial (1000 m2/g)

En la década de 1930 existía un debate en la comunidad científica enfocado en la estructura de los geles. En 1937, Kistler llegó a la hipótesis de que los geles estaban constituidos por una fase líquida y otra sólida independientes entre sí. Para comprobar su teoría, Kistler removió la fase líquida de un gel de sílice y la reemplazó por un gas. La remoción de la fase líquida se logró mediante el proceso de extracción supercrítica (“supercritical extraction”).

Para ello, se sustituyó el solvente inicial del gel (agua) por un líquido con una menor temperatura crítica (alcohol). Luego, se incrementó la presión y la temperatura hasta llegar al punto crítico del líquido. En esta etapa, el solvente puede fluir libremente (estado supercrítico) y es liberado. El resultado final fueron los primeros aerogeles de silicio, los cuales se caracterizaban por su alta transparencia y por ocupar aproximadamente el mismo volumen del gel en solución acuosa.

¿Cómo nace?

Samuel S. Kistler, en 1931, hizo una apuesta con su colega Charles Learned, sobre si era posible o no reemplazar el líquido de un tarro de mermelada por un gas sin que el volumen del mismo disminuyera. Como ocurre a veces, el resultado de un experimento que solo tenía como fin el desafío entre dos científicos dio como resultado una sustancia maravillosa: el Aerogel.

¿Qué es?

El aerogel o el humo helado es una sustancia coloidal similar al gel, en el cual el componente líquido es cambiado por un gas, obteniendo como resultado un sólido de muy baja densidad (3 mg/cm3 ó 3 kg/m3) y altamente poroso, con ciertas propiedades muy sorprendentes, como su enorme capacidad de aislante térmico.

Este material está generalmente compuesto por un 90,5% a un 99,8% de aire, es mil veces menos denso que el vidrio y unas tres veces más denso que el aire. Familiarmente es denominado humo helado, humo sólido o humo azul debido a su naturaleza semitransparente, sin embargo, tiene al tacto una consistencia similar a la espuma de poliestireno.

Posee un índice de refracción de 1,0, muy bajo para un sólido. La velocidad del sonido a través de él es muy baja, 100 m/s.

Esta sustancia fue creada por Samuel Stephens Kistler en 1931, como resultado de una apuesta entre él y Charles Learned, sobre quién podría reemplazar el líquido de un tarro de mermelada por gas sin que el volumen de este disminuyera.

El aerogel se puede fabricar a partir de muy diferentes materiales; las investigaciones de Kirstler consistían en aerogeles basados en sílice, circonio, alúmina, óxido de cromo, estaño y carbono.

En 2013, el profesor Gao Chao y su equipo de investigación de la Universidad Zhejiang de China desarrollaron el aerogel de grafeno, cuya densidad de 0,16 mg/cm3 es la más baja jamás alcanzada.

Imagen N° 01. Aerogel de silice

¿Cómo se fabrica?

Para fabricar los aerogeles se comienza de la siguiente forma:

Primero se confecciona un gel basado usualmente en silicio (se puede reemplazar por carbono, titanio, entre otros para modificar las propiedades) y luego se drena el agua del interior de las burbujas. Pero Entonces ¿cómo hacer esto? Sometiendo el material a una temperatura concreta y a alta presión, con lo que la tensión superficial del líquido no derrumba la burbuja. Ese es el problema de los aerogeles; su costosa y difícil fabricación. Para complicar las cosas el líquido más apropiado para disolver el material que constituirá la burbuja es el alcohol. Aun así se han obtenido mejoras en los métodos que apuntan a una gran reducción de costes de fabricación en un futuro no muy lejano.

CARACTERISTICAS.

Ultra liviano: Por estar compuesto de un 90% a un 99.85% de aire solo es tres veces más denso que el aire

Ultra resistente : Este material es capaz de soportar mil veces su propio peso Ultra aislante: Gracias a su porosidad adquiere características que lo hacen resistir a muy bajas

y altas temperaturas, también es capaz de proteger 39 veces más que la mejor fibra de vidrio Apariencia: Tiene un aspecto fantasmagórico se observa es parecido al vidrio Nombres populares: Humo sólido, humo helado Índice de refracción: Apenas es de 1.0 y es el más bajo para un solido Creador: Samuel S. Kistler Año de creación: 1931 Año de desarrollo: Alrededor de los años 60

La flor no se consume bajo el fuego del Mechero Bunsen debido a las propiedades aislantes del aerogel.

Un ladrillo de 2,5 kg soportado por 2 gr de aerogel.

USOS GENERALES

construcción electrodomésticos calefacción y climatización industrias de transformación depósitos de almacenamiento y sistemas de transferencia del LNG Sector militar y aeroespacial Equipamiento deportiva

Este material ha tomado variados usos en muchos campos de la industria, sin embargo tomo un nuevo auge cuando fue utilizado en los trajes de los astronautas en la NASA.

También se ha logrado construir trajes para climas extremadamente fríos con espesores mínimos de 3mm y por tanto prendas muy livianas; este mismo tipo de prendas eran construidas anteriormente en lana con un espesor 30 veces mayor.

Luego de esto este material ha sido utilizado en plantas de procesamiento, automovilismo, electrodomésticos y en la construcción, alcanzando una gran eficiencia y reduciendo en forma considerables los consumos de energía y los costos.

Por ejemplo para la construcción ha sido útil en el aprovechamiento óptimo de la energía de consumo interno en edificaciones y evita además la conducción directa de ondas sonoras, evitando así la afectación del ruido fuera de las fuentes de energía. Además permite crear tuberías de menor espesor en sistemas de calefacción.

Tiene mucha aplicación además en la elaboración de electrodomésticos sobre todo por su gran condición de aislante en espacios reducidos, permitiendo además acabados ultra finos y de calidad.

El aerogel es utilizado en contenedores, sistemas de depósito y de transferencia de diversas sustancias que producen fricción. Debido a su condición de amortiguarte del ruido es utilizado en la milicia para la fabricación de algunas armas.

CONSTRUCCION

Revoques aislantes tanto de interior como de exterior para cerramientos y fachadas de edificios respirable

Tablas de aislamiento para sistemas de acabado de aislamiento interno Revestimientos de aislamiento térmico para superficies seguras de tocar, eficiencia energética,

prevención de corrosión bajo aislamiento (CUI, corrosion under insulation), roturas de puente térmico y control de condensación

Paquetes de aislamiento para tuberías submarinas de petróleo y gas Paneles arquitectónicos de iluminación natural, unidades de vidrio y sistemas de techos

tensados No tejidos para techos de membrana arquitectónica Aislamiento industrial

Revestimientos con acabado de pintura mate de brillo muy bajo para superficies industriales Equipo y vestimenta para exteriores Productos personales, entre ellos, productos de belleza y para el cuidado de la piel

INDUSTRIA TEXTIL

París, Barcelona y Berlín serán escenario de la presentación de una moda poco habitual. Las últimas novedades en la llamada ropa inteligente conforman el plato fuerte del "i-WEAR" Fashion Show, un proyecto perteneciente a los programas de investigación de la Unión Europea.

Los especialistas de la industria coinciden en que en un futuro próximo, los tejidos técnicos, las prendas y telas inteligentes, o la electrónica que se puede llevar puesta, jugarán un papel importante. La ropa que incorporará tales tecnologías no sólo tendrá una cierta influencia en el mundo de la moda, sino que definirá un nivel de funcionalidad sin precedentes que nos llevará a un mayor bienestar y seguridad.Ya existen muchas prendas prototipo que emplean nuevas tecnologías, pero apenas se ha hecho un esfuerzo decidido por comercializarlas. Sin embargo, la industria textil y la de la moda se muestran interesadas en ellas, en cómo emprender nuevas técnicas y utilizar materiales distintos. La primera presentación, en París, ha sido organizada por Alexandra Fede, estilista de Du Pont de Nemous, Mitsubishi y Wolford. También participan France Telecom, Phillips y la propia Agencia Espacial Europea (ESA). Esta última, trae frente al público una camisa que conserva memoria de forma, un traje de refrigeración para los mecánicos de F1 de la marca automovilística McLaren, un traje para proteger de la radiación ultravioleta a los enfermos de xeroderma pigmentosa, un sistema que protege el sueño de los bebés, etc. Como muestra de la tecnología implicada en estos productos, mencionemos la chaqueta de aerogel llamada Absolute Zero, diseñada para proteger a su usuario frente a condiciones ambientales extremas. Está basada en el mejor material aislante del mundo, el aerogel.

APLICACIONES DE LA INGENIERIA MECANICA

Desde el punto de vista de la ingeniería mecánica es muy importante el uso de este material ya que este tiene una resistencia al flujo de calor (adiabatico) y en los sistemas propulsivos de naves espaciales se hace muy importante así como tambien al sistema de tanques de combustible, ya que como es un aislante térmico es muy importante para aislar de cualquier sustancia extraña el material. También es muy importante ya que es capaz de resistir 1000 veces su peso lo que lo hace muy imponente ante otros materiales que se usan en la actualidad. Como el ingeniero mecánica se encarga de las optimizaciones de los procesos es muy importante el uso de estos materiales en las diferentes areas de producción como tambien para las automatizaciones de los diferentes maquinas con las cuales el hombre tiene que interactuar en su día a día.

Este material es muy importante ya que el esfuerzo permisible en este material con una carga y un área igual a la de otro material es mucho mayor y esto hace que en muchas de las estructuras y maquinarias que están sometidas a cargas axiales y transversales sean mucho más resistentes a este tipo de cargas.

Desde el punto de vista de las emisiones de naves espaciales es muy importante ya que es capaz de resistir el lanzamiento de una nave espacial por ser un excelente aislador térmico.

También es muy importante destacar su utilización en la construcción de estructuras aéreas ya que por ser un material que es 3 veces más denso que el aire y capaz de soportar cargas y aislar el calor de forma que un sistema se comporte adiabáticamente, puede flotar en el aire sin ningún inconveniente por las diferencias de temperatura.

APLICACIONES DE LA INGENIERIA INDUSTRIAL

Desde el punto de vista del ingeniería industrial es muy importante la seguridad de su personal de trabajo, por ello debe de estar pendiente y observando las innovaciones que se dan en el mercado como es el equipamiento necesario para la disminución de accidentes laborales, por ello es necesario la implementación de prendas a base de aerogel para la protección de sus trabajadores.

APLICACIÓN EN LA MEDICINA

En áreas como la medicina está siendo utilizado el aerogel para tratamientos médicos como regenerar el hueso humano.

VARIANTES DE AEROGEL.

Actualmente se pueden fabricar distintos tipos de aerogeles, utilizando como base el sílice, la alúmina, el óxido de cromo, el estaño o el carbono

AEROGELES DE SILICIO.

Los aerogeles de silicio son materiales que se caracterizan por ser transparentes, poseer alta porosidad y por consiguiente, baja densidad (~ 0,003 g/cm3). Del mismo modo, los aerogeles de silicio poseen baja conductividad térmica, índice de refracción, constante dieléctrica y aislamiento al sonido en comparación con cualquier otro sólido existente. Su preparación de los aerogeles de silicio se lleva a cabo en 3 etapas:

a.- Preparación del gel: Los aerogeles de silicio se obtienen mediante el proceso de sol – gel. En este proceso se utilizan precursores silicio – alcoxidos específicamente TMOS (tetrametilsiloxano). El TMOS se disuelve en metanol y se hidroliza en presencia de agua y de un catalizador ácido o básico. Cuando el TMOS se hidroliza se produce ácido salicílico el cual condensa y forma partículas de sílice (SiO2). Estas partículas de tamaño nanométrico se encuentran en suspensión dentro de la fase líquida, formando un “sol”. La viscosidad del sol aumenta a medida que las partículas de SiO2 se unen para formar una red tridimensional. El resultado de esta reacción es un alcogel, el cual posee como solvente metanol.

b.- Envejecimiento del gel: El gel preparado en el paso anterior se deja envejecer en su solvente respectivo. El proceso de envejecimiento fortalece el gel para que la contracción en el proceso de secado sea la mínima.

c.- Secado del aerogel: El proceso de secado del aerogel es una etapa crítica. La evaporación del solvente del gel produce una gran tensión superficial dentro de los poros. Esta tensión puede producir el colapso del aerogel; por lo tanto, el secado se debe realizar en condiciones especiales. El secado de los aerogeles se puede lograr mediante 3 procesos:

c.1.- Extracción supercrítica: el solvente es extraído mediante el aumento de la temperatura y de la presión hasta alcanzar el punto crítico del líquido.

c.2.- Secado a presión ambiental: se modifica químicamente la superficie del aerogel para cambiar el ángulo de contacto entre el líquido y las paredes de los poros. Esto permite minimizar las fuerzas capilares lo que permite la remoción del solvente a menores presiones y temperaturas.

c.3.- Liofilización: consiste en el enfriamiento del líquido presente en los poros y su posterior sublimación bajo la aplicación de vacío.

La estructura de los aerogeles de silicio se conforma de una red tridimensional de varias partículas de sílice de tamaño nanométrico (30 – 10 nm) las cuales se unen entre sí para formar poros entre 50 – 60 nm de diámetro . Esta estructura se conoce bajo el nombre de “collar de perlas” y se muestra en la figura 3.2.

Los aerogeles de silicio se han utilizado recientemente en la industria aeroespacial. En especial, la NASA ha empleado este tipo de materiales para capturar polvo cósmico proveniente de los cometas en la misión “Stardust” (Figura 3.3). Estos materiales permiten captar partículas del espacio, mediante una desaceleración gradual, de modo que no ocurran fenómenos de calentamiento que causen la alteración física de éstas. Una vez que la partícula de polvo interestelar queda atrapada en la red del aerogel, se produce una estela 20 veces más larga que su tamaño (Figura 3.4). Entonces, debido a la transparencia del aerogel los científicos pueden rastrear esta pista y encontrar estas pequeñas muestras [16]. Este tipo de aerogeles también ha sido usado en misiones exploratorias a Marte, donde fueron empleados para proteger a los sistemas electrónicos de los robots de los gradientes de temperaturas de este planeta, los cuales variaban entre -140 hasta 20°C.

Una aplicación novedosa de los aerogeles de silicio la constituyen los polvos y láminas de alta absorción y porosidad que permiten limpiar derrames petroleros. Asimismo, pueden ser usados para la producción de ventanas transparentes (Figura 3.5) que a la vez sean aislantes a la temperatura. También, la baja conductividad térmica de los aerogeles de silicio les permite ser empleados en aislamiento térmico para tuberías de petróleo submarinas (Figura 3.6), en donde es necesario que el fluido se mantenga caliente para que siga en movimiento. La ventaja del uso de aerogeles radica en poder colocar una capa más fina de aislante, lo que disminuye el grosor de la tubería en comparación con los materiales tradicionalmente empleados tales como la fibra de vidrio o lana mineral.

Actualmente, investigadores de la Universidad de California se encuentran desarrollando posibles aplicaciones para los aerogeles de silicio. Por ejemplo, se está estudiando la posibilidad de utilizar estos materiales como absorbedores de impacto en equipos protectores y de seguridad Esto se debe a que la energía recibida por el aerogel es absorbida mediante la liberación de gases que se encuentran en el interior de la red de silicio. Entre las aplicaciones comerciales relacionadas al tema, se encuentran la producción de sistemas de protección para vehículos, aviones, laptops y discos duros. Igualmente, debido a su alta transparencia, área superficial y facilidad de transporte de gases, estos aerogeles se pueden emplear como componentes pasivos y activos en sensores ópticos (Figura 3.7). Estos sensores emplean aerogeles con fotoluminiscencia que permiten medir la concentración de oxígeno a partir de la luminosidad presente en el material. Gracias a esto, se

pueden determinar presiones parciales o de aire si la fracción de oxígeno es conocida. Finalmente, los aerogeles de silicio poseen aplicaciones como sistemas catalíticos metálicos y como un pegamento inorgánico para adherir diversos materiales.

AEROGELES DE ARCILLA – POLÍMERO

Los aerogeles de arcilla puros son materiales inorgánicos cuyo componente mayoritario es aire (- 95% de poros) y que poseen una densidad entre 0,01 – 0,1 g/cm3. Estas estructuras de bajo peso se obtienen gracias al enfriamiento y secado en frío de geles de arcilla (especialmente, montmorillonita) en agua.

Estos materiales se pueden adaptar a una amplia variedad de matrices poliméricas, dando así lugar a la formación de un aerogel de arcilla/polímero. Entre los polímeros orgánicos más utilizados se encuentran la poli (N- isopropilacrilamida), poli (alcohol vinílico), precursores epoxi, caseína y poli (etilén imina). Los polímeros se agregan al hidrogel de arcilla previo al secado en frío, mediante tres maneras: fundidos, en solución o a través de monómeros que pueden ser polimerizados in situ. La morfología del material resultante consiste en una estructura de “casa de cartas” característica de los aerogeles de arcilla, recubierta por una matriz de polímero. De esta manera, se logran producir aerogeles con densidades de 0,05 – 0,15 g/cm3, las cuales se asemejan a las reportadas para las espumas poliméricas comerciales.

Gawryla et al.estudiaron el efecto del peso molecular del PVOH en la estructura del aerogel final obtenida. Con el aumento en el peso molecular, la estructura de los materiales pasa de ser a una estructura lamelar ordenada a una estructura desordenada. Estos cambios se deben a la asociación de las cadenas de mayor peso molecular con más de una plaqueta de arcilla, creándose así una red de gel más densa. Esta red es más fuerte e interrumpe el crecimiento libre de las láminas de arcilla a lo largo de los cristales de hielo durante el enfriamiento. Por consiguiente, el resultado final es la estructura dendrítica observada en la figura 3.8.

Entre las aplicaciones de los aerogeles de arcilla/polímero destaca el envasado y embalaje. Esto se debe a la facilidad de moldeo de los mismos en una amplia variedad de formas de acuerdo con el producto a proteger. En consecuencia, se mejora la amortiguación y se previene el impacto, choque o compresión. Gracias a esa ventaja, estos materiales pueden servir de envoltorios para protección de productos sensibles a la temperatura como medicinas, vacunas y equipos electrónicos.

Dichos materiales se caracterizan por poseer conductividades térmicas cercanas a la del aire y comparables con las de sus contrapartes, los aerogeles de silicio. Por ende, se pueden emplear en usos que impliquen aislamiento a la temperatura. Un ejemplo de esto, lo constituyen el aislamiento de tuberías submarinas, camiones de refrigeración, contenedores para transporte por barco o por tren y como material central en construcción de paneles de estructura “sándwich”. También, por su naturaleza porosa, estos materiales presentan una buena amortiguación al sonido, lo que les permite ser utilizados en barreras al mismo, rellenos de techos y de paredes como el “drywall”. Los aerogeles de arcilla/polímero exhiben las propiedades termomecánicas de los polímeros y/o fibras que incorporan. Estos compuestos orgánicos pueden mejorar las capacidades de absorción de estos materiales. Si se añade un polímero hidrofilico, el aerogel servirá como una esponja que captará líquidos basados en agua. Por consiguiente, el material puede ser usado como esponja para limpiar derrames o para captar desechos de las mascotas. En cambio, si se incorpora un polímero hidrofóbico al esqueleto de arcilla, se promueve la absorción de aceites y sustancias similares, espumas biodegradables (aerogeles de arcilla/caseína)[7], soportes biológicos o scaffolds, plataformas catalíticas, liberación controlada de drogas y aislamiento eléctrico.

Mecanismos para la formación de aerogeles de arcilla

La conversión de la montmorillonita en aerogel tiene lugar mediante dos pasos:

a). Gelación: durante este proceso ocurre el hinchamiento de la montmorillonita en agua debido a la hidratación de las capas que contienen cationes de sodio (Na +). Durante este paso, las capas de arcilla no se separan completamente en la presencia del líquido sino que se encuentran como apilamientos de láminas de arcilla que se mantienen juntas por los cationes hidratados. Estas pilas de arcilla poseen unas dimensiones de 5 a 20 nm (Figura 3.9). Del mismo modo, los bordes de los apilamientos de arcilla se encuentran cargados positivamente y sus caras están cargadas

negativamente. Debido a esto, existe una interacción electrostática entre ellos la cual promueve la formación de un arreglo para minimizar la energía libre. Por consiguiente, los apilamientos de arcilla adoptan una conformación “borde a cara” para formar una estructura de “casa de cartas” o gel.

b). Reordenamiento: en este paso el hidrogel de arcilla es sometido a un enfriamiento rápido. En este momento, los frentes de hielo ejercen un esfuerzo de corte sobre los apilamientos de arcilla y estos se alinean a lo largo de las caras de los cristales de hielo. A medida que la arcilla es empujada por los cristales de hielo, ésta se acumula en capas produciéndose un engrosamiento de las paredes del aerogel (alrededor de los 200 µm). Finalmente, el aerogel se somete a una liofilización. Este proceso consiste en la sublimación del hielo presente en los poros mediante la aplicación de vacío. El objetivo principal de esta técnica es remover el agua mientras se conserva la estructura lamelar (“casa de cartas”) característica de los aerogeles.

Propiedades mecánicas de los aerogeles de arcilla/polímero

Los aerogeles de montmorillonita puros son frágiles y carecen de resistencia mecánica. La incorporación de materiales orgánicos a la estructura inorgánica del aerogel de arcilla permite mejorar la resistencia del material ya que éste adopta las propiedades mecánicas características de la matriz polimérica [19]. Estudios previos han demostrado que los aerogeles de arcilla sintetizados a partir de una solución de agua al 5 % en peso poseen un módulo inicial de 10 KPa. En comparación,

los aerogeles de arcilla/PVOH con un peso molecular M w = 85000 – 124000 aumentan el módulo inicial más de 100 veces (1,6 MPa).

La mayoría de los aerogeles de arcilla cuando son sometidos a compresión presentan un comportamiento similar al de las espumas poliméricas. La curva de esfuerzo – deformación típica de estos materiales se caracteriza por una zona inicial de elasticidad lineal a bajos esfuerzos, seguido por un “plateau” de colapso y finalmente se observa un régimen de densificación.

(Figura 3.10).

La región elástica lineal se debe a la deformación de las celdas (poros) presentes en las espumas. Cuando el material se encuentra en compresión, el plateau se debe al colapso de las celdas y en las espumas frágiles ocurre la fractura sistemática de las paredes de las mismas. Finalmente, las paredes opuestas de las celdas se tocan entre sí produciéndose la densificación del material, lo que se traduce en un incremento pronunciado del esfuerzo.

Johnson III et al han reportado el comportamiento descrito anteriormente para los aerogeles de arcilla/poli (etilénimina) (PEI). En estos estudios, también se encontraron mejoras en la tenacidad de los aerogeles de arcilla/PEI silicificado. Esto se atribuye a una disipación conjunta del esfuerzo entre las capas que contienen la fase orgánica “suave” y la fase inorgánica de mayor dureza.

Del mismo modo, Gawryla et al también reportaron curvas similares de σ - ε para los aerogeles de caseína/arcilla y encontraron un aumento considerable del esfuerzo a compresión con el incremento en el contenido de polímero. Esto se debe a que a medida que la cantidad de polímero aumenta, mayores son las redes interpenetradas que se forman dentro del aerogel y la trasferencia del esfuerzo aplicado es más efectiva.

AEROGEL DE GRAFENO

Creado a partir de nanotubos congelados en seco más óxido de grafeno que a través de un proceso químico pierde el oxígeno y queda como una espuma. Su densidad se reduce a 0’16mgr/ cm2 (el doble que el Hidrógeno y menor que el Helio). Esto se produce porque se ha substituido el líquido por un gas, se ha desarrollado con un método de soluciones liofilizadas que extraen la humedad de los nanotubos y del grafeno conservando su integridad, así pueden crear una esponja elástica capaz de volver a su forma original. El material puede absorber 900 veces su peso. Es útil como aislante en el almacenamiento de energía en estudio, como material absorbente en desastres petrolíferos absorbiendo el petróleo y pudiendo reutilizarse posteriormente.

Características

Este nuevo producto tiene también una gran capacidad de absorción de aceite. Los productos absorbentes de aceite actuales generalmente absorben solventes orgánicos alrededor de 10 veces su propio peso, mientras que el nuevo aerogel de carbono puede absorber hasta 900 veces su propio peso.

También puede absorber compuestos orgánicos rápidamente: 1 gramo de este nuevo material puede absorber 68,8 gramos de materia orgánica por segundo, lo que es ideal para el tratamiento de los vertidos de petróleo en el mar, según ha explicado.

El material fue producido usando soluciones liofilizadas, que eliminaron la humedad de los nanotubos y grafemas, conservando su integridad. De esta forma, a pesar de su aspecto frágil, el aerogel de carbono también tiene una excelente elasticidad y se recupera cuando se comprime.

Gao Chao, investigador de la Universidad de Zhejiang y autor principal del estudio, ha explicado que "las cualidades más importantes del nuevo material son su facilidad de fabricación".

Posibles aplicaciones

Así, los expertos esperan que "el aerogel de carbono desempeñe un papel importante en el control de la contaminación, como el control de derrames de petróleo, purificación del agua y purificación uniforme del aire", aunque este material también será ideal para el aislamiento de almacenamiento de energía, como portador catalítico y en la absorción del sonido.

VARIANTES DE AEROGEL.

Las variantes de aerogel se obtienen por reemplazar al silicio como materia prima por otros materiales como carbono, titanio, alúmina, arcilla, sílice, circonio, óxido de cromo, carbono. De los cuales se tiene muy poca.

DESVENTAJAS

De momento es muy caro, por lo que su uso está restringido a casos excepcionales como un transbordador espacial o equipamiento militar de élite; aunque se está investigando el abaratamiento de su producción.

Su Fragilidad, es un material muy delicado sobre todo si se lamina, pero se está investigando en su manipulación a nivel molecular para poder resolver este problema.

VENTAJAS:

Podremos prescindir del vidrio, ya que el Aerogel guarda mucho parecido con este material teniendo una densidad 1000 veces menor.

Mayor y mejor rendimiento en comparación con los asislantes convencionales, protege tanto del frío extremo como del calor más infernal, sirve igual para aislar del frío a un montañista escalando un 8.000 que a un bombero en medio de llamas a una temperatura de1000 ºC.

Utilización en láminas muy finas y por tanto apropiado para espacios reducidos, trajes espaciales muy ligeros, trajes de bucear confortables, incluso trajes de competición en medio-ambientes extremos, todo un campo a desarrollar.

Estructura de Aerogel visto en un microscopio electrónico

Resistente al frío, al fuego y a las emisiones de humo, un material ideal para el aislamiento en edificación, un centímetro de Aerogel equivale a2,5 cmde espuma aislante o a3,5 cmde fibra de vidrio. Aparte de las propiedades aislantes, se están estudiando otras aplicaciones constructivas que una vez desarrolladas podrían convertirlo en un “material revelación” dentro de poco.

Muy ligero y fácil de manipular, una propiedad que agradecerán los instaladores en cualquier circunstancia.

Se puede utilizar como esponja para capturar el petróleo vertido por accidente en el agua, absorbe hasta 7 veces su peso eliminando el petróleo de forma más eficaz que los materiales convencionales. Tiene la propiedad de absorber del agua agentes contaminantes como petróleo, mercurio o plomo.

Imagen de la NASA - placa de la Stardust con Aerogel

Hace unos 10 años la NASA se interesó por este compuesto y se decidió a mejorarlo, ya que descubrió que por su estructura molecular era adecuado para atrapar las pequeñas partículas de polvo espacial, así un recubrimiento de aerogel que es un recogedor natural de muestras es a la par el mayor y mejor aislante ante frío y calor, lo que lo hace más que indicado para travesías por el espacio y para los incandescentes ingresos a nuestra atmósfera.

CURIOSIDADES

¿SERÍA COMO FLOTAR EN EL AIRE?

Los ingenieros están comenzando a realizar experimentos muy interesantes con este material. Su poco peso y la capacidad de funcionar como un aislante térmico lo hacen adecuado para la construcción de estructuras aéreas, lo que permitiría a estas flotar indefinidamente en el aire. Por ejemplo, una cúpula geodésica construida con aerogel sería tan ligera, que la diferencia de temperatura entre el aire del interior con el exterior bastaría para hacerla flotar. Esto reduciría el peso total de la estructura (y su costo), al no necesitar vigas de soporte.El aerogel traslúcido no permite la fuga de calor pero sí la entrada de radiación solar, tal como lo hace un cristal, lo que se permite la flotación indefinida mientras le dé el Sol. La altura de la cúpula puede variarse simplemente incrementando el diferencial de temperatura interior/exterior

COSTO

En años pasados el coste de un aislamiento de aerogel de 10 mm de espesor revestido con una placa Pladur en el interior de la vivienda puede rondar entre los 110 a 120 Euros/m2 instalado + 8% IVA. Con ello se consigue mejorar el aislamiento del recinto con un valor R = 0,66. Para conseguir un potente aislamiento se recomienda utilizar 2-3 capas de este aislamiento.

Actualmente uno de 5 mm costea en 30 euros 108 soles y de 10 mm a 60 euros a 216 soles por m2.

Comentario gracioso encontrado en foros acerca del precio: Vamos que esto lo usaran los Jeques o gente asi.

CONCLUSIONES

Es un material de futuro que tiene mucho usos en diferentes campos como medicina, construcción, aeronáutica, industria mecánica, y aún tiene muchas más potencial que aumentaran según avancen la ciencia y la tecnología.

Las variaciones del aerogel se debe a que se reemplaza el sílice como material madre por otros minerales como carbono, titanio, alúmina, arcilla, sílice, circonio, óxido de cromo, carbono.

Su principal inconveniente es su difícil fabricación. Los estudios en nuevas variantes de aerogel basado en diferentes tipos de materiales es porque

cada material tiene diferentes características física y químicas que varía de un material a otro, entonces la creación de los aerogeles se deberá a que usos se le puede dar.

BILBIOGRAFIA

granaerogel.blogspot. El aerogel. Lunes 2 de noviembre del 2009. Consultado el 01 de noviembre del 2015. Disponible en:http://granaerogel.blogspot.pe/

Ingenieros.es. Portal de ingenieros españoles. Aerogel de Carbono, el material más ligero del mundo. 25 de marzo del 2013. Consultado el 01 de noviembre del 2015. Disponible en:http://www.ingenieros.es/noticias/ver/aerogel-de-carbono-el-material-mas-ligero-del-mundo/3497

blogthinkbig.com. Chema Amate. Siete materiales del futuro que nos podrán hacer la vida más fácil. 25 de septiembre del 2014. Consultado el 01 de noviembre del 2015. Disponible en:http://blogthinkbig.com/materiales-del-futuro/

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Universidad Simón Bolivar. Decanato de estudios profesionales. Coordinacion de ingeniería de materiales. Laura Dénis Montalbán Palmares. Fabricación y caracterización de aerogeles de polímeros y arcilla. Febrero del 2011. Consultado el 01 de noviembre del 2015. Disponible en:http://159.90.80.55/tesis/000150823.pdf

ANEXOS

Imagen N° 01. Características del Aerogel

Imagen N° 02. Lámina de Aerogel de 6 mm protegiendo del soplete (1000 ºC) a unas cerillas.