05/02/2013

Aerogeles. El fantasma azul

Categorías: Construcción, Nanomateriales

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Imaginad un sólido tan ligero como el aire, como un fantasma. Duro, resistente, y…por encima de todas las cosas, el material más aislante que existe sobre la Tierra. Ese humo azul, o humo sólido, como lo llaman algunos, es el aerogel. Un material tan increíble como extraño, fantasmagórico y, sin embargo, tan apasionante.

Hay que ser sinceros. En realidad, los aerogeles no son materiales estrictamente novedosos: los lejanos años 30 y una curiosa apuesta entre dos químicos fueron sus orígenes. Su implantación comercial, aún con el paso del tiempo, dista mucho de ser extensiva. Sin embargo, el aerogel es un material técnico que viene siendo utilizado desde hace muchos años en aplicaciones de gran exigencia técnica. La NASA lo ha empleado como aislante para sus trajes espaciales y transbordadores (una capa de 13 mm puede proteger a un astronauta a temperaturas inferiores a -130ºC). Actualmente ya se está utilizando en fachadas de oficinas para mantener un cierto equilibrio térmico, u otras posibilidades como chalecos antibalas, parachoques, o absorbedores de petróleo en accidentes marítimos. Estamos hablando, por tanto, de un material de muy baja densidad (3 mg/cm3) y de gran porosidad. Su índice de refracción es anormalmente bajo (1.0), así como la propagación del sonido (100 m/s). Soporta asimismo más de 1000 veces su propio peso. Pero, sobre todo, el aislamiento térmico es su principal carta de presentación: 0.012 W·m-1·K-1. Casi 5 veces menos que los aislantes de poliuretano más eficaces.

Los aerogeles pueden definirse claramente como nanoespumas. Lo habitual y tradicional en temas de aislamiento térmico es el uso de espumas de tamaño micrométrico. Aquí damos un paso adelante y nos adentramos en el impresionante mundo de la nanotecnología. Con un tamaño de celda alrededor de 10-20 nanómetros es lógico pensar que el material resultante sería espectacularmente ligero, aproximadamente un 99% compuesto por aire. Técnicamente las dudas surgen cuando uno se pregunta cómo mantener “en pie” y generar una estructura espumada de tan pocos nanómetros de celda sin que colapse. Desde el punto de vista de la arquitectura física no parece sencillo. Hay que remontarse a los orígenes de tan singular material. Como decía al comienzo, una apuesta, en los lejanos años 30, tuvo la culpa. Samuel S. Kistler apostó con Charles Learned un extraño experimento científico: eliminar todo el líquido de un gel. Un simple tarro de mermelada al que se le debía sustituir el agua por aire, sin modificar su volumen (¿Os suena la liofilización?). Así se obtuvo el primer aerogel de sílice. Parecía sencillo, pero fue todo lo contrario. No se trataba de meter sin más la mermelada en una estufa. En tales condiciones la estructura colapsaría sin remedio. Es un caso similar al viejo truco de retirar el mantel de la mesa rápidamente, sin tirar la torre de copas que con esmero y cuidado previamente se había montado. El aerogel es, por tanto, una estructura reticulada de polímero en un medio acuoso (gel o hidrogel). A través de un procedimiento de secado supercrítico todo el disolvente es eliminado sin modificar y colapsar la estructura tridimensional del polímero. El resultado es una intrincada red rodeada de nanométricos alveolos rellenos de aire. Es decir, se genera una nanoespuma de propiedades superiores.

Ese primer aerogel, fabricado en sílice, fue el más importante y el que se utilizó de manera más extensiva en aplicaciones donde el aislamiento térmico era un gran requerimiento. Con los años, y el auge de la nanotecnología, se han desarrollado otra serie de aerogeles basados en otras estructuras: alúmina, estaño, óxidos metálicos, cromo, carbono, nanotubos de carbono, nanodiamantes, etc. La densidad y por ende, las propiedades finales del aerogel van siendo modificadas al gusto dependiendo de las condiciones de polimerización, de la formación del gel y del secado. En 2007 se sintetizó por primera vez un aerogel a partir de nanotubos de carbono. El resultado fue un aerogel con propiedades singulares: capaz de resistir hasta 8.000 veces su propio peso, elevada conductividad eléctrica (0.7 Ω-1·cm-1) y densidad en torno a 7 mg/cm3. Tenemos, pues, estructuras muy ligeras, resistentes, y muy conductoras.

Actualmente ya se están  utilizando en fachadas de oficinas para mantener un cierto equilibrio térmico,  en chalecos antibalas, parachoques, o absorbedores de petróleo en accidentes marítimos.

En los últimos años, por tanto, los “viejos” aerogeles basados en sílice han ido evolucionando hasta dejar paso a  aerogeles más resistentes, flexibles y con nuevas propiedades. Ha sido a partir del año 2001 cuando empresas como Aspen Aerogel o Cabot Corporation han empezado a comercializar productos basados en aerogeles de sílice modificados. Aplicaciones como aislamiento de tuberías, claraboyas, tejidos, calzado, etc., han sido sus principales objetivos. Otros destinos como su combinación con materiales plásticos o sistemas “sándwich” pueden ser interesantes contribuciones para el mercado. El futuro es muy interesante porque, aunque la palabra aerogel hace referencia a su procedencia, estructuralmente estamos hablando de nanoespumas, un impresionante mundo lleno de posibilidades. Lo veremos.

Tags: nanomateriales en la construcción, nanomateriales plástico, nanotecnología plástico

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