L’aerogel è un solido nanoporoso costituito da particelle di diossido di silicio SiO2, esso si crea dalla gelificazione della silice in un solvente.
Nel 1931 Steven Kistler, studioso del College of the Pacific a Stockton, California, produsse i primi campioni di questo materiale, cercando di provare che un gel contiene una matrice solida delle stesse dimensioni e forma del gel stesso. Per dimostrare questa ipotesi cercò di rimuovere la parte liquida dal gel lasciando integra la parte solida ma il passaggio non fu così immediato infatti, se il gel fosse stato fatto semplicemente asciugare la struttura sarebbe collassata ottenendone così solo una frazione del volume iniziale con una conseguente ed inevitabile rottura della struttura solida.
Lo studioso suppose che la componente solida del gel fosse microporosa e che l’interfaccia liquido-vapore del liquido evaporante esercitasse delle intense forze di tensione superficiale, che portavano al collasso della struttura dei pori. La soluzione fu sostituire il liquido con aria e successivamente facendolo transitare attraverso condizioni supercritiche tali per cui non fossero contemporaneamente presenti le due fasi e fossero così assenti le tensioni superficiali. Nel dettaglio Kistler sottrasse il liquido  ad elevate temperature e pressioni portando il liquido allo stato supercritico in cui non è più possibile distinguere tra liquido e gas. Dopo aver raggiunto le condizioni supercritiche la pressione viene fatta lentamente diminuire, il fluido supercritico viene espulso dal gel senza le conseguenze negative create dagli effetti delle tensioni superficiali.



CARATTERISTICHE E TIPOLOGIE


Al tatto, un aerogel si presenta in modo simile ad una schiuma, leggera ma rigida. Nonostante quanto il loro nome possa suggerire, gli aerogel sono materiali secchi e piuttosto che somigliare a un classico gel le loro proprietà fisiche li rendono più simili a una nanoschiuma. Una leggera pressione sulla superficie di un aerogel tipicamente non lascia alcun segno; una pressione di maggiore entità lascerà invece un segno permanente. Una forte pressione può essere in grado di causare la distruzione dell'intera struttura, con una frantumazione simile a quella di un vetro; questa proprietà è definita friabilità. Nonostante il fatto che l'aerogel sia soggetto a rompersi, strutturalmente è un materiale molto resistente.
Le sue impressionanti capacità di carico sono dovute alla sua microstruttura dendritica, (il termine dendrite è solitamente utilizzato per classificare strutture di tipo ramificato tali strutture sono molto comuni nei minerali). Tale struttura è formata da particelle sferiche di dimensioni che si aggirano tra i 2-5 nm che tra loro formano cluster.

Questi cluster formano una struttura tridimensionale altamente porosa con catene a forma pressoché di frattale (oggetto geometrico che si ripete nella sua struttura allo stesso modo su scale diverse), con pori di dimensioni minori di 100 nm. La dimensione media e la densità dei pori può essere controllata durante il processo di produzione.



AEROGEL - NANOGEL

campione di aerogel italia

Una delle peculiarità fisiche più significative è la sua scarsissima densità apparente infatti solo il 2% - 5% del volume è costituito da silice mentre il rimanente 95% - 98% è aria; rendendolo così la sostanza solida meno densa conosciuta ovvero con una densità volumetrica pari ad appena 3 Kg/m3.
Per quanto riguarda le proprietà termiche gli aerogel sono degli eccellenti isolanti, infatti raggiungono valori di conduttività termica compresi tra 0,03 W/mK a 0,004 W/mK.
Essi sono dei buoni inibitori convettivi poiché l’aria non riesce a oltrepassare la struttura nanoporoso.
Inoltre l’aerogel è un ottimo isolante acustico, infatti la velocità di propagazione del suono nel materiale è di soli 100 m/s, se prendiamo come paragone alcuni materiali utilizzati in edilizia notiamo subito la sua grande propensione all’isolamento acustico (vetro 5500 m/s, alluminio 5200 m/s, mattone 3600 m/s, acqua 1480, sughero 500 m/s, aria 340 m/s).
Il colore semitrasparente dell’aerogel è dato dallo scattering (o diffusione, una o più particelle vengono deflesse ovvero cambiano traiettoria per via della collisione con altre particelle); questo fenomeno è all’origine della colorazione azzurrognola assunta su uno sfondo scuro e di quella biancastra su sfondo luminoso. Gli aerogel possono essere realizzati in due formati: granulare e monolitico.

Gli aerogel sono dei materiali che trovano diverse applicazioni. Commercialmente sono stati utilizzati in forma granulare per conferire isolamento termico alle finestre degli edifici. Dopo diversi esperimenti in assenza di forza di gravità, un gruppo di ricercatori ha dimostrato che la produzione di aerogel in un ambiente microgravitazionale può dare origine a particelle di dimensioni più uniformi e ridurre l'effetto dovuto allo scattering Rayleigh negli aerogel di silice, rendendo quindi l'aerogel più trasparente. L'aerogel trasparente di silice sarebbe molto adatto come materiale per l'isolamento termico delle finestre, limitando significatamente la dispersione di calore degli edifici. Può essere utilizzato per il daylithing (Nanogel® - Cabot) in sostituzione delle superfici trasparenti e opache con una alto isolamento termico, acustico e ottime caratteristiche di trasmissione della luce naturale all’interno dell’ambiente.

Campione di Aerogel acquistato dagli Stati Uniti D'America

Dereham Leisure Centre, LA Architect
Dereham Leisure Centre, LA Architect

facciata esterna piscina realizzata con pannelli in Nanogel, (immagine reperita da Cd Cabot Nanogel Aerogel for Daylighting Applications)

Dereham Leisure Centre, LA Architect
Dereham Leisure Centre, LA Architect

vista interna piscina realizzata con pannelli in Nanogel, (immagine reperita da Cd Cabot Nanogel Aerogel for Daylighting Applications)

TFL HQ, Preston, Studio BAAD
TFL HQ, Preston, Studio BAAD

vista interna, (immagine reperita da Cd Cabot Nanogel Aerogel for Daylighting Applications)

Dereham Leisure Centre, LA Architect
Dereham Leisure Centre, LA Architect

facciata esterna piscina realizzata con pannelli in Nanogel, (immagine reperita da Cd Cabot Nanogel Aerogel for Daylighting Applications)

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Blackburn S.Form, College, DLA arch.
Blackburn S.Form, College, DLA arch.

facciata esterna del college in nanogel,(immagine reperita da Cd Cabot Nanogel Aerogel for Daylighting Applications)

Blackburn S.Form, College, DLA arch.
Blackburn S.Form, College, DLA arch.

vista interna ed effetto diffuso di illuminazione delle lastre in nanogel,(immagine reperita da Cd Cabot Nanogel Aerogel for Daylighting Applications)

City L. Centres,Bristol,Arch. French
City L. Centres,Bristol,Arch. French

vista interna, (immagine reperita da Cd Cabot Nanogel Aerogel for Daylighting Applications)

Blackburn S.Form, College, DLA arch.
Blackburn S.Form, College, DLA arch.

facciata esterna del college in nanogel,(immagine reperita da Cd Cabot Nanogel Aerogel for Daylighting Applications)

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Fonte: Tesi di Laurea Specialistica, Politecnico di Torino, Facoltà II Architettura,

Paola Borgarello, Marco Galletti, 2008