Kto wynalazł aerożel, czyli najlżejszy izolator na świecie?

Historia pokazuje nam wiele sytuacji, w których to przypadek zapoczątkował wyjątkowe odkrycie, które odmieniło świat. Isaac Newton odkrył prawo ciążenia w momencie gdy siedząc pod jabłonią, uderzyło go jabłko, Archimedes odkrył prawo hydro i aerostatyki w trakcie kąpieli. Natomiast Samuel Kistler stworzył aerożel w wyniku zakładu ze swoim kolegą Charlesem Learned. Kim więc był Samuel Kistler i jak stworzył swój przełomowy wynalazek?

Kto wynalazł aerożel?

Badania dotyczące aerożeli prowadzone były w XX wieku przez wielu naukowców jednak jego wynalezienie i wprowadzenie na rynek zawdzięczamy Samuelowi Kistlerowi. Naukowiec ten urodził się 26 marca w 1900 roku w liczącym sobie zaledwie 500 mieszkańców kalifornijskim miasteczku. W wieku 20 lat Samuel dostał się na College of the Pacific, chciał on tam nauczyć się grać na wiolonczeli, a następnie przenieść się na uniwersytet kalifornijski i uzyskać dyplom z rolnictwa. Jednak plany te zakończyły się 3-letnim studiowaniem chemii, fizyki, astronomii oraz botaniki i geologii.

Samuel Kistler posiadał na swoim koncie wiele prac naukowych i słynął ze swojego otwartego umysłu, jednak największą popularność przyniosło mu pierwsze z jego odkryć, którym był jedyny na świecie aerożel.

Powstanie aerożelu krzemionkowego datowane jest na 1931 rok. Kistler uzyskał aerożel poprzez proces suszenia płynu w stanie nadkrytycznym. W latach 30 ubiegłego wieku tego typu prace były niezwykle trudne do wykonania ze względu na znikomą dostępność do zbiorników ciśnieniowych. Pomimo to Kistler uparcie postanowił pozbawić substancję żelową wody i zastąpić ją powietrzem, co dla wielu osób było uznawane za czyste szaleństwo. Jednak Kistler jak sam to określił „galaretka nie miała możliwości wiedzieć, że ciecz w jej oczach staje się gazem”.

Jak powstał aerożel?

Ogólnodostępny obecnie aerożel krzemionkowy powstał w wyniku zakładu między samym Kistlerem, a jego przyjacielem Charlesem Learnedem. Postanowili oni sprawdzić hipotezę mówiącą o tym, że płyn w substancji galaretowatej można zamienić na gaz bez skutków ubocznych w postaci kurczenia się materiału. Cały eksperyment polegał na uformowaniu galaretki w odpowiednim roztworze, a następnie zastąpieniu go alkoholem, cechującym się niską temperaturą krytyczną.

Aby galaretka w trakcie wymiany płynów nie uległa skurczeniu, umieszczona została w autoklawie, w którym temperatura podnoszona była powyżej temperatury krytycznej cieczy, a ciśnienie utrzymywano na poziomie powyżej prężności pary. W momencie kiedy temperatura w autoklawie przekraczała temperaturę krytyczną cieczy, zamieniała się ona w gaz, wypełniający cząsteczki galaretki. W ten sposób powstał spójny aerożel o niezmienionej objętości, ale za to mniejszej gęstości i wadze.

Kistler na tej samej zasadzie opracował nie tylko aerożel krzemionkowy, ale także areożel tlenku glinu, tlenku cynkowego, żelatyny, a nawet celulozy. Odkrycie to oraz niezwykłe właściwości aerożeli sprawiły, że materiał ten zaczął budzić ogólne zainteresowanie.

Komercjalizacja aerożeli

W związku, z tym że wynalazca aerożelu należał do osób, które chętnie komercjalizowany swoje wynalazki, nie inaczej było więc także i w tym przypadku. Wraz z początkiem lat 40 ubiegłego wieku podpisał on umowę z Monsanto Corp, która to rozpoczęła produkcję aerożelu krzemionkowego zawierającego w swoim składzie zaledwie 8% krzemionki i aż 92% powietrza.

Jak widać na zdjęciu uzyskiwany w zakładzie aerożel był tak lekki, że mógł być przenoszony przez pracowników bez najmniejszego problemu w jednej ręce.

Areożel krzemionkowy produkowany przez Monsanto Corp sprzedawany był pod nazwą handlową Santocel. Stosowany był już on w tamtym okresie jako termoizolator, a także dodatek matujący do lakierów technicznych. Monsanto Corp nie umiało jednak wykorzystać potencjału tego materiału, dlatego też ze względu na wysokie koszty produkcji w 1970 roku firma ta wycofała go ze sprzedaży i zaprzestała jego produkcji.

Współcześnie jednak aerożel wciąż jest obecny na rynku i oferowany w postaci mat termoizolacyjnych doskonale sprawujących się w budownictwie oraz przemyśle, włókiennictwie i wielu innych dziedzinach. Oznacza to więc jedno. Zakończenie produkcji aerozoli przez Monsanto Corp w latach 70, nie oznaczało wcale zapomnienia o tym materiale, a tym, jak rozwijał się aerożel współcześnie można dowiedzieć się więcej z naszych kolejnych wpisów.