dünyanın en hafif katı malzemesi

1. HAZIRLAYAN
ADI SOYADI: ABDURRAHMAN BUĞDAYCI
ÖĞRENCİ NO: 161534043

2. ÖZET
 Tarihi geçmişi 1930’lu yıllara kadar uzanır.
 Dünyanın en hafif katı malzemesi olarak bilinmektedir.
 Termal ve mekanik özellikleri, yüksek yüzey alanı, düşük elektrik
iletkenliği, gözenek yapısının kontrol edilebilirliği ve fiziksel
dayanımının yüksek olması gibi üstün özelliklerinden dolayı çok
fazla kullanım alanına sahiptir.
 Aerojeller, genellikle sol-jel tekniği kullanılarak jel hazırlama, jelin
yaşlandırılması ve kurutulması olmak üzere üç aşamada
üretilmektedir.
 Jelin sıvı fazının gaz fazı ile yer değiştirmesiyle elde edilen düşük
yoğunluktaki aerojeller aynı zamanda çevre dostu malzemelerdir.

3. Giriş
 Steven Kistler 1931 yılında Kaliforniya Stockton’daki Pasifik
Üniversitesinde silika esaslı ilk aerojelleri üretmiştir.
 1940-1945 yılları arasında Pasifik üniversitesindeki
çalışmalarından sonra Monsanto’da ürününü Aerojel
Santocel adında ticarileştirmiştir.
 Tewari ve Hunt, 1986 yılında kısmen düşük sıcaklık ve
basınçlarda, süperkritik kurutma ile kuru aerojel üretim
prosesiyle patent almayı başarmıştır.
 Karbon aerojeller (KA) 1990’lı yılların başlarında elde
edilmiştir [1].
 1999’da Aspen Systems aerojeller SBIR ödülü ile yılın
teknolojisi ödülüne layık görülmüştür.

4.  Aerojel dünya üzerinde üretilen gözenekli malzemeler arasında en düşük
yoğunluğa (0,001 ile 0,5 g/cm3) sahip, açık gözenekli bir malzemedir.
 % 99 oranında içerisinde hava bulunduran, içerisindeki hava alındığında
havadan 7,5 kat daha hafif olarak üretilen Grafen Aerojelin hafifliğinden dolayı
uçması beklenirken; bu malzemenin yoğunluğu içi hava ile doluyken
hesaplandığından ve yerçekimini yenemediğinden dolayı uçamamaktadır [1].

5. AEROJEL TÜRLERİ

6. Karbon Aerojel (KA)
 Karbon aerojeller, organik aerojellerin pirolizinden elde edilen yüksek
gözenekli (%50’nin üzerinde), düşük yoğunluğa (0,1 g/cm3), 100 nm’den daha
az gözenek çapına ve yüksek yüzey alanına sahip malzemelerdir.
 Karbon aerojel kontrollü gözenekli yapısı, yüksek yüzey alanı ve farklı yüzey
kimyası ile tipik gözenekli karbon esaslı malzemedir.
 Son zamanlarda gözenekli karbon aerojelin yeni bir formu ortaya çıkmıştır.
Yeni bir adsorpsiyon malzemesi olarak aerojel reaktif boya atık işleme
uygulamalarında da kullanılmaktadır. Karbon aerojelin mikro ve mezo
gözenekli yapısı adsorpsiyon kapasitesine önemli katkı sağlamaktadır.
Sol-jel teknolojisi ile sentezlenmiş a. silindirik monolit, b. öğütülmüş toz şeklinde ve c. Resornisol formaldehit
aerojel (soldaki) ve karbon aerojel (sağdaki) görüntüleri.
a b c

7. Alümina Aerojeller
 Sol jel yönteminin süresinin uzatılması ile çoğunlukla
metal elementleri kullanarak metal oksit aerojeller
sentezlenmiştir.
 Günümüzde yaygın olarak bilinen alümina aerojellerin
hazırlanışı hidroliz olayıyla meydana gelmektedir.
 Hidroliz sırasında metalle bir hidroksil metalin
merkezinde bir araya gelerek (Al-OH) yapısını
meydana getirir ve sonrasında metalin merkezinde
hidroksiller daha da yoğunlaşmaya başlar.
 Bu aşamaların sonucunda metal-oksit-metal köprüsü
(Al-O-Al) yapıyı meydana getirir.

8. Diğer Aerojeller
 Aerojel türlerine örnek olarak yarı iletken bakır içerikli
metal aerojeller ve nanotüp aerojeller verilebilir.
 İlk olarak 2002 yılında üretilen bakır içerikli metal
aerojeller geçirgenlik, optik saydamlık ve fotolüminesas
özellikleri açısından benzersiz bir yapıya sahiptir.
 Farklı metodlarla nanotüp ve aerojelin bir araya gelmesi
sağlanmıştır.
 Bu malzeme mezo gözeneğe sahip olmamasından ve tek
parça olamamasından dolayı bilinen aerojel tanımına
uymamış donmuş duman tanımı yerine elastik duman
olarak adlandırılmıştır.

9. Aerojellerin Üretimi

10.  Aerojeller sol-jel tekniği kullanılarak jel hazırlama, jelin yaşlandırılması ve
kurutulması olmak üzere üç aşamada sentezlenmektedir.
 Sol jel hazırlamadaki ön ürün uygun bir çözücüde çözünen ya bir metal
tuz/alkoksid ya da oluşmuş solun kararlı bir kolloidal süspansiyonu olabilir.
 Hazırlanan çözelti kullanılarak sol hazırlanmakta ve buna katalizör
eklendiğinde jelleşme meydana gelmektedir.
 Oluşan jeller dağıtıcı ara maddesine göre hydrojel, akuajel, alkojel ve aerojel
olarak adlandırılmaktadır.
 Yaşlandırma işlemi, ağa yeni monomerlerin eklenmesi ve çapraz bağ
derecesinin artmasıdır.
 Yaşlandırma süresi kuruma sırasında büzülmeler olmasın diye minimumda
tutulmaya çalışılır.
 Kurutma işleminin yapılmasındaki amaç ise jel yapısının yığılmasına engel
olmak, jelin iskelet yapısını korumak ve büzülmeyi en aza indirgemektir.
 Bu amaçla çözücüyü jelden uzaklaştırmak gerekir.
 Kurutma, atmosfer basıncında yapılan kurutma ve süper kritik kurutma olmak
üzere iki şekilde gerçekleştirilir.

11. Sol-jel Yöntemi ile Aerojel Üretim akış şeması

12. Selüloz Aerojel Üretimi
 Selüloz aerojel ile ilgili bir çalışmada; atık gazeteler toplanmış ve
küçük parçalar halinde mekanik olarak parçalanmıştır.
 Atık parçalar bir beher içinde 10 gr AmlmCl (1-allyl -3-
methyimidazolium) maddesinin içine dağıtılmıştır.
 Beher, homojen bir karıştırma sağlamak için 80 °C ‘de 4 saat yağ
banyosuna daldırılmış, koyu sarı renkli WNP (waste newspaper)
süspansiyonu elde edilmiş ve elde edilen WNP solüsyonu teflon
kalıplara dökülüp, bir vakum fırında hava kabarcıkları alınmıştır.
 Daha sonra suyla rejenere edilerek hidrojel elde edilmiştir.
 Etanol-su değişimi ve etanol-tert bütanol değişimi yapılarak
hidrojel kurutmaya hazır hale getirilmiştir.
 Hidrojeller -50°’de 48 saat vakum altında dondurucuda
kurutulmuştur.

13. Selüloz esaslı aerojel hazırlama evreleri

14. Aerojellerin Uygulama Alanları
 Aerojel, termal yalıtım, akustik yalıtım, uzay ve havacılık uygulamaları,
katalizör ve katalizör dolguları, yakıt hücreleri, kimyasal sensörler, ilaç
salım sistemleri, pencere uygulamaları gibi birçok alanda
kullanılmaktadır.
 Sızıntı temizliğinde kimyasal adsorbant, boyalarda yalıtıcı
yoğunlaştırıcı ve emici olarak kullanım işlevleri bulunmaktadır.
 Çin’deki araştırmalar sonucunda petrol sızıntıları ile mücadelede
önemli bir kalkan görevi olmak gibi birçok kullanım alanı mevcuttur.
 Aerojeller yalıtım kabiliyeti sayesinde tekne kazanlarında minimum
yalıtım kalınlığı ile maksimum enerji tasarrufu sağlamaktadır.
 Mimari binalarda kullanımı yaygındır.
 Genelde dış cephede ışığı geçiren dolgu malzemesi olarak pencere gibi
yapı bileşenlerinde, dış cephede mantolamada kullanılan klasik yapı
malzemelerinin yerine fiber katkılı aerojel kullanımı şeklindedir.
 Aerojeller, vakumlu yalıtım panellerinin içine yerleştirilerek de
kullanılmaktadır.

15.  Aerogel higroskobik özelliğinden iyi bir desikanttır.
 Aerojel iyi bir yalıtkandır (Uzay radyasyonunu engeller)
 Aerojel ısıyı (sıcak/soğuğu) iletmez (Aerojel üzerindeki kibritler
tutuşmaz)
 Aerojel en hafif malzemedir (Hafif inşaat malzemesi yapılabilir).
 Aerojel bitkileri sıcak ve soğuktan koruyabilir (Sera ve ayda bina
yapımında kullanılabilir).

16. Aerojelin çeşitli uygulama alanları

18. Sonuç
 Aerojeller, benzersiz fiziksel özelliklere sahip, oldukça gözenekli ve hafif
malzemelerdir.
 Yüksek yüzey alanına sahiptirler ve genelde doğada bulunan malzemelerden ve
atıklardan üretilirler.
 Gözenekli malzemelerle gibi aerojeller de hayatımızın birçok alanında
kullanılmaktadır. Birçok araştırmacı kontrol edilebilir gözenek özelliklerinden
dolayı aerojel üretimi ve uygulama alanları üzerine yoğun araştırmalar
yapmakta, birçok bilimsel ve teknolojik problemin çözümüne yardımcı olması
sayesinde özellikle son yıllarda aerojellerin sentezi ve karakterizasyonu ile ilgili
araştırmalar yoğunlaşmaktadır.
 Aerojel üretiminde; süper kritik kurutma şartlarının sahip olduğu avantajlar
(düşük viskozite ve yüksek yayınıma sahip olması, üretim süresinin azalması ve
klasik çözücü ekstraksiyon yöntemlerine oranla üretimin daha kısa sürede
gerçekleşmesi) nedeniyle ticarileşme başlamıştır.
 Aerojeller üstün özellikleri ve avantajlı üretim koşulları sayesinde geleceğin en
kıymetli çevre dostu malzemelerinden biri olmaya adaydır.