معجزه هواژلها در مهندسی فضاهای خالی
به گزارش خبرنگار پژوهندگان عصر ، هواژلها(Aerogels) دستهای پیشرفته از مواد هستند که تا ۹۹.۸ درصد از هوا تشکیل شدهاند. آنها از سبکترین مواد جامد روی زمین هستند و هواژلهای مبتنی بر سیلیس برخی از بهترین نمونهها را نشان میدهند. به شکل ویژه، هواژلهای گرافنی میتوانند به چگالیهایی تا ۰.۱۶ کیلوگرم بر متر مکعب برسند که حدود ۷.۵ برابر سبکتر از هواست.
هواژل یک ماده تولیدی است که کمترین چگالی را در میان مواد جامد دارد. این ماده از یک ژل به دست میآید که در آن قسمت مایع ژل با گاز جایگزین میشود. نتیجه این فرآیند، مادهای جامد با چگالی بسیار کم و در عین حال، ویژگی قابلتوجه در زمینه عایق گرمایی است.
هواژل در فرهنگ عامه مردم تحت نامهای دیگری همچون دود منجمد، دود جامد، هوای جامد یا دود آبی نیز شناخته میشود که این نامگذاریها به دلیل ظاهر شفاف و نیز نحوه پخش نور در این ماده است.
هواژل برای نخستین بار توسط «ساموئل استفان کیستلر» در سال ۱۹۳۱ ساخته شد و تولید آن بر اساس یک شرطبندی برای جایگزین کردن قسمت مایع ژله خوراکی با گاز بود، بدون آنکه ساختار ژله در هم بشکند.
فرآیند تولید هواژل شامل استخراج بخش مایع ژل با استفاده از روش خشکاندن فوق بحرانی میباشد. با استفاده از این روش، مایع به آهستگی از درون شبکه جامد ژل خارج میشود بدون آنکه به این شبکه آسیبی برسد و در اثر نیروی مویینگی در هم بشکند. مثلاً ژله خوراکی در اثر تبخیر معمولی دچار درهمشکستگی ساختار شبکه جامد میشود.
نخستین نمونههای هواژل از ژل اکسید سیلیسیم ساخته شدند و هواژل سیلیسی نامیده شدند. بعدها، کیستلر هواژلهایی با پایه اکسید آلومینیم، کروم و قلع ساخت. هواژلهای کربنی نیز در اواخر دهه ۸۰ میلادی ساخته شدند.
هواژل، سبکترین ماده جامد شناخته شده در جهان است که چگالی سبکترین نمونه ساخته شده از آن، تنها سه برابر هواست. ویژگیهای منحصربهفرد این ماده، آن را یکی از پرکاربردترین مواد به کار رفته در مأموریتهای فضایی ساخته است. به عنوان نمونه، مسئولان ناسا از هواژل به منظور جلوگیری از یخزدگی ربات مریخنورد در شبهای سرد سیاره مریخ استفاده کردند. همچنین این ماده برای گردآوری ذرات کیهانی در فضا بسیار مناسب است و در جریان مأموریت «استارداست» از آن برای جمعآوری مواد موجود در هاله پیرامون دنبالهدار «وایلد-۲» استفاده شد.
هواژلها که اغلب «دود یخزده» یا «ابرهای جامد» نامیده میشوند، این لقبها را مدیون ظاهر نیمهشفاف و چگالی بسیار کم خود هستند. با وجود این، آنها از نظر مکانیکی نسبت به وزن خود مقاوم و بسیار متخلخل هستند و برخی از انواع آنها قادر به جذب روغن تا ۹۰۰ برابر وزن خود هستند.
همانطور که گفته شد، هواژلها اختراع جدیدی نیستند. آنها اولین بار در سال ۱۹۳۱ توسط ساموئل کیستلر، دانشمند و مهندس شیمی آمریکایی در کالج پاسیفیک کالیفرنیا، پس از نشان دادن اینکه میتوان مایع را بدون فروپاشی چارچوب جامد ژل از آن خارج کرد، ساخته شدند.
از آن زمان، هواژلها در ماموریتهای فضایی، ساخت و ساز، سیستمهای انرژی و همچنین عایقهای صنعتی کاربرد پیدا کردهاند.
هواژلها به طور پیوسته در حال شکل دادن به طرز فکر مهندسان در مورد مواد سبک و با کارایی بالا هستند.