แอโรเจล (Aerogel) ได้รับการบันทึกใน Guinness Book ว่า เป็นวัสดุของแข็งที่เบาและเป็นฉนวนที่ดีที่สุดในโลก เนื่องจากแอโรเจลประกอบด้วยอากาศ ถึง 90 - 99.8% มีความหนาแน่น 3-150 mg/cm3 สามารถรับน้ำหนักได้ 500-4,000 เท่าของน้ำหนักตัว โดยไม่เกิดความเสียหาย แอโรเจลมีลักษณะเป็นฟองน้ำเนื้อแข็ง อาจจะเรียกในชื่อ frozen smoke, solid smoke หรือ blue smoke มีสมบัติค่อนข้างโปร่งแสง แต่ไม่โปร่งใส

ประวัติ ความเป็นมาของแอโรเจล

แอโรเจลได้ถูกค้นพบครั้งแรก โดย Steven S. Kistler แห่ง College of the Pacific in Stockton แคลิฟอเนีย โดย Kistler ได้พยายามที่จะพิสูจน์ว่า "เจล" ประกอบด้วยโครงสร้างของแข็งที่มีขนาดและรูปร่างเหมือนกับเจลเปียก (wet gel) โดยรับการท้าพนันจากเพื่อนคู่หู Charles ว่า ถ้าหากใครสามารถแทนที่ของเหลวในเจลด้วยก๊าซโดยที่เจลไม่เกิดการเสียรูปจะ เป็นผู้ชนะ ซึ่ง Kistler ทำได้สำเร็จ และตีพิมพ์ผลงานวิจัยนี้ในวารสาร Journal nature ปี 1931 และมีสิทธิบัตรของแอโรเจลตามมาอีกหลายฉบับ

แอโรเจลทำได้อย่างไร

ภาพนี้เป็นการพิสูจน์ถึงคุณสมบัติของ Aerogel ว่า เป็นฉนวนที่ดีที่สุดในโลก

แอโรเจลทำได้โดยใช้แอลกอฮอล์ เช่น เอทานอล ผสมกับ ซิลิกา จะได้ซิลิกาในรูปเจล จากนั้นจึงนำไปผ่านกระบวนการแห้งตัวภายใต้เงื่อนไขวิกฤต (Supercritical drying) ซึ่งมีอุณหภูมิและความดันสูงมาก ของเหลวภายในเจลจะถูกกำจัดออกไป โดยเจลไม่เสียรูปและขนาด

แอโรเจลเป็นฉนวนความร้อนที่ดีที่สุดในโลก

การถ่ายเทความร้อนโดยทั่วไป แบ่งได้ 3 ประเภท คือ การพาความร้อน (convection), การนำความร้อน (conduction) และการแผ่รังสีความร้อน (radiation) แอโรเจลจัดว่าเป็นฉนวนความร้อนที่ดีที่สุดในโลก เนื่องจากสามารถเป็นฉนวนการถ่ายเทความร้อนทั้ง 3 รูปแบบ แอโรเจลเป็นฉนวนการพาความร้อนเนื่องจากภายในโครงสร้างของแอโรเจลเป็นอากาศ ที่ไม่สามารถแพร่ผ่านออกไปภายนอกได้ ตัวอย่างของแอโรเจลที่ใช้งานทั่วไป ได้แก่ ซิลิกาแอโรเจล (Silica aerogels) และ คาร์บอนแอโรเจล (Carbon aerogels)

ซิลิกาแอโรเจล (Silica aerogels)

ซิลิกาแอโรเจลเป็นแอโรเจลที่รู้จักกันโดยทั่วไป และได้รับการศึกษาและประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวาง โดยมีซิลิกาเป็นองค์ประกอบพื้นฐาน ของแข็งที่มีความหนาแน่นน้อยที่สุดในโลก คือ ซิลิกาแอโรเจล โดยล่าสุด Lawrence Livermore National laboratory ได้ผลิตซิลิกาแอโรเจลที่มีความหนาแน่นเพียง 1.9 mg/cm3 หรือประมาณ 1/530 เท่าของน้ำ และมีค่าการนำความร้อน (thermal conductivity) เพียง 0.003 W/(m.K) ซึ่งมีสมบัติการเป็นฉนวนที่ดีมาก

คาร์บอนแอโรเจล (Carbon aerogels)

คาร์บอนแอโรเจลเป็นตัวนำไฟฟ้าประกอบด้วย อนุภาคระดับนาโนเมตรที่เชื่อมต่อกันด้วยพันธะโควาเลนต์ (covalent bond) มีสมบัติความเป็นรูพรุนสูงกว่า 50% ขนาดของรูพรุนเล็กกว่า 100 นาโนเมตร พื้นที่ผิวมีค่าระหว่าง 400-1000 m2/g ด้วยสมบัติของการมีพื้นที่ผิวสูงจึงได้นำไปใช้เป็นส่วนประกอบของ supercapacitor ที่ให้ค่าสูงในหลักพันฟารัด (farad) เนื่องจากคาร์บอนแอโรเจลมีสีดำ มีค่า reflecting เพียง 0.3% (ของรังสีระหว่าง 250 นาโนเมตร ถึง 14.3 ไมโครเมตร) จึงสามารถใช้เป็นตัวกักเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ได้ และหากใช้ท่อคาร์บอนนาโนแทนการใช้แกรไฟต์จะสามารถช่วยเพิ่มสมบัติความยืดหยุ่นได้