Sobre o Aerogel
O aerogel é um material sólido poroso ultraleve sintético derivado de um gel, no qual o componente líquido do gel foi substituído por um gás (durante um processo de secagem supercrítica). Os aerogéis podem ser feitos de uma variedade de compostos químicos, mas o material base para o aerogel geralmente é o silício.
Resumo
Nome | Aerogel |
Fase em STP | sólido |
Densidade | 10 kg/m3 |
Resistência à tração | 0,08 MPa |
Força de rendimento | N/D |
Módulo de elasticidade de Young | 0,005 GPa |
Dureza Brinell | N/D |
Ponto de fusão | 1197 °C |
Condutividade térmica | 0,01 W/mK |
Capacidade de calor | 1900 J/gK |
Preço | 12 $/kg |
Composição do Aerogel
O aerogel de sílica é o tipo mais comum de aerogel e o mais amplamente estudado e usado. É à base de sílica e pode ser derivado de sílica gel ou por um processo Stober modificado. Os aerogéis de carbono são compostos de partículas com tamanhos na faixa nanométrica, ligadas covalentemente.
Aplicações do Aerogel
O aerogel tem uma condutividade térmica muito baixa de 0,013 W/m∙K. Sua densidade também é muito baixa, cerca de 150 kg/m3. Estas são propriedades isolantes térmicas notáveis. Deve-se notar que os aerogéis podem ter uma condutividade térmica menor do que a do gás (o ar tem cerca de 0,025 W/m∙K) que eles contêm. Isso é causado pelo efeito Knudsen, uma redução da condutividade térmica em gases quando o tamanho da cavidade que envolve o gás se torna comparável ao caminho livre médio. Em 2004, cerca de US$ 25 milhões em produtos de isolamento de aerogel foram vendidos, o que aumentou para cerca de US$ 500 milhões em 2013. Isso representa o impacto econômico mais substancial desses materiais atualmente. O potencial para substituir o isolamento convencional por soluções de aerogel no setor da construção civil, bem como no isolamento industrial, é bastante significativo. A NASA usou um aerogel para prender partículas de poeira espacial a bordo da espaçonave Stardust.
Propriedades Mecânicas do Aerogel
Força do Aerogel
Na mecânica dos materiais, a resistência de um material é sua capacidade de suportar uma carga aplicada sem falha ou deformação plástica. A resistência dos materiais considera basicamente a relação entre as cargas externas aplicadas a um material e a deformação resultante ou alteração nas dimensões do material. Ao projetar estruturas e máquinas, é importante considerar esses fatores, a fim de que o material selecionado tenha resistência adequada para resistir às cargas ou forças aplicadas e manter sua forma original.
A resistência de um material é a sua capacidade de suportar esta carga aplicada sem falha ou deformação plástica. Para tensão de tração, a capacidade de um material ou estrutura de suportar cargas que tendem a se alongar é conhecida como resistência à tração final (UTS). O limite de escoamento ou tensão de escoamento é a propriedade do material definida como a tensão na qual um material começa a se deformar plasticamente, enquanto o ponto de escoamento é o ponto onde a deformação não linear (elástica + plástica) começa. No caso de tensão de tração de uma barra uniforme (curva tensão-deformação), a lei de Hooke descreve o comportamento de uma barra na região elástica. O módulo de elasticidade de Young é o módulo de elasticidade para tensões de tração e compressão no regime de elasticidade linear de uma deformação uniaxial e geralmente é avaliado por ensaios de tração.
Veja também: Resistência dos Materiais
Resistência à tração final do Aerogel
A resistência à tração final do Aerogel é de 0,08 MPa.
Força de Cedência do Aerogel
O limite de escoamento do Aerogel é N/A.
Módulo de Elasticidade do Aerogel
O módulo de elasticidade de Young do Aerogel é 0,005 GPa.
Dureza do Aerogel
Na ciência dos materiais, a dureza é a capacidade de suportar o recuo da superfície (deformação plástica localizada) e arranhões. O teste de dureza Brinell é um dos testes de dureza de indentação, que foi desenvolvido para testes de dureza. Nos testes Brinell, um penetrador esférico duro é forçado sob uma carga específica na superfície do metal a ser testado.
O número de dureza Brinell (HB) é a carga dividida pela área da superfície da indentação. O diâmetro da impressão é medido com um microscópio com uma escala sobreposta. O número de dureza Brinell é calculado a partir da equação:
A dureza Brinell do Aerogel é aproximadamente N/A.
Veja também: Dureza dos Materiais
Propriedades Térmicas do Aerogel
Aerogel – Ponto de Fusão
O ponto de fusão do Aerogel é 1197 °C.
Observe que esses pontos estão associados à pressão atmosférica padrão. Em geral, a fusão é uma mudança de fase de uma substância da fase sólida para a líquida. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual essa mudança de fase ocorre. O ponto de fusão também define uma condição na qual o sólido e o líquido podem existir em equilíbrio. Para vários compostos químicos e ligas, é difícil definir o ponto de fusão, pois geralmente são uma mistura de vários elementos químicos.
Aerogel – Condutividade Térmica
A condutividade térmica do Aerogel é 0,01 W/(m·K).
As características de transferência de calor de um material sólido são medidas por uma propriedade chamada condutividade térmica, k (ou λ), medida em W/mK. É uma medida da capacidade de uma substância de transferir calor através de um material por condução. Observe que a lei de Fourier se aplica a toda matéria, independentemente de seu estado (sólido, líquido ou gasoso), portanto, também é definida para líquidos e gases.
A condutividade térmica da maioria dos líquidos e sólidos varia com a temperatura. Para vapores, também depende da pressão. No geral:
A maioria dos materiais são quase homogêneos, portanto, geralmente podemos escrever k = k(T). Definições semelhantes estão associadas a condutividades térmicas nas direções y e z (ky, kz), mas para um material isotrópico a condutividade térmica é independente da direção de transferência, kx = ky = kz = k.
Aerogel – Calor Específico
O calor específico do Aerogel é 1900 J/g K.
Calor específico, ou capacidade calorífica específica, é uma propriedade relacionada à energia interna que é muito importante na termodinâmica. As propriedades intensivas cv e cp são definidas para substâncias compressíveis puras simples como derivadas parciais da energia interna u(T, v) e entalpia h(T, p), respectivamente:
onde os subscritos v e p denotam as variáveis mantidas fixas durante a diferenciação. As propriedades cv e cp são chamadas de calores específicos (ou capacidades de calor) porque, sob certas condições especiais, elas relacionam a mudança de temperatura de um sistema à quantidade de energia adicionada pela transferência de calor. Suas unidades no SI são J/kg K ou J/mol K.
Propriedades e preços de outros materiais
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