آیروژل سیلیکا و کاربردهای آن

آیروژل از دو واژه "هوا" و "ژل" تشکیل شده است و سبک‎ترین و کم چگالی‎ترین جامد شناخته‎شده می‎باشد که حدود 5/99-50 درصد حجم آن را هوا تشکیل می‎دهد. در مفهوم کلی، آیروژل یک ماده بسیار سبک متخلخل با دانسیته و هدایت حرارتی پایین است که از یک ژل مشتق می‎شود. در فرآیند سنتز آیروژل، فاز مایع ژل با فاز گاز (هوا) جایگزین می‎شود. اولین آیروژل سنتزشده، آیروژل سیلیکا بود که در سال 1931 توسط کیستلر معرفی گردید. آیروژل‎ها معمولاً فاقد نظم کریستالی در ساختار خود هستند و ساختاری آمورف دارند. حفره‎های آیروژل‎ها دارای ابعاد نانومتری می‎باشند. آیروژل‎ها با عناوینی نظیر "دود فریزشده"، "دود جامد" و دود آبی" شناخته می‎شوند که این نامگذاری به ماهیت نیمه شفاف این ماده و نحوه تفرق نور در آن برمی‎گردد.
آیروژل‎ها از مواد مختلفی نظیر سیلیکا، آلومینا، اکسیدهای فلزاتی مانند لانتانیدها، پلیمرهای آلی و کربن تشکیل می‎شوند. بر این مبنا آیروژل‎ها به چهار دسته اصلی تقسیم‎بندی می‎شوند:
آیروژل‎های معدنی نظیر سیلیکا آیروژل و آلومینا آیروژل
 آیروژل‎های آلی
 آیروژل‎های کربنی
 آیروژل‎های هیبریدی

آیروژل‎ها از خواص منحصر به فردی برخوردار هستند که می‎توان به موارد زیر اشاره نمود.
هدایت حرارتی: آیروژل‎ها یکی از بهترین عایق‎های حرارتی شناخته‎شده هستند که این ویژگی از ساختار متخلخل آن‎ها و محدود بودن مکانیزم‎های انتقال حرارت ناشی می‎شود.
آب‎دوستی و آب‎گریزی: ذرات آیروژل دارای تعداد زیادی از گروه‎های هیدروکسیل در سطح خود هستند. وجود این گروه‎های عاملی منجر به ماهیت آب‎دوست آیروژل‎ها و انحلال سریع آن‎ها در آب می‎شود. بنابراین به‎منظور آب‎گریز کردن آیروژل‎ها لازم است که گروه‎های هیدروکسیل سطحی را با گروه‎های غیرقطبی آلیفاتیک جایگزین کرد.
خواص مکانیکی: از ویژگی‎های اصلی آیروژل‎ها سبکی و تٌردی آن‎ها است. در عین حال استحکام آن‎ها به حدی است که قابلیت حمل با دست را دارا هستند. خواص مکانیکی آیروژل‎ها تا حد زیادی به شرایط ساختاری آن‎ها نظیر میزان بهم پیوستگی حفرات و چگالی آن‎ها دارد. در مجموع مقاومت فشاری، کششی و الاستیسیته این مواد بسیار پایین است.
با توجه به مطالب مذکور، آیروژل‎ها به دلیل تخلخل بالا، ساختار نانومتری و مساحت سطح داخلی بالا دارای خواص منحصر به فردی هستند و این موضوع منجر به کاربرد گسترده این مواد در زمینه‎های گوناگون نظیر عایق‎های حرارتی، عایق‎های صوتی، باتری‎ها، الکترود در ساختار خازن‎ها، مواد دی‎الکتریک، کاتالیست‎ها، حس‎گرها و ذخیره کننده انرژی شده است. در ادامه به بررسی تعدادی از این کاربردها پرداخته می‎شود.