에어로젤이란?

에어로겔은 졸겔법에 의해 형성된 일종의 나노 다공성 고체 물질로, 특정 건조 방법에 의해 겔 내의 액상이 기체로 대체되는 현상이다[1]. 젤라틴, 아라비아 검, 실리콘, 머리카락, 손톱 등과 같은 에어로겔은 또한 젤의 특성, 즉 팽창, 요변성 및 발호 특성을 가지고 있습니다.
에어로젤은 세계에서 가장 작은 고체로, 2022년 화학 분야 10대 신흥 기술 중 하나이다.
에어로젤은 일종의 고체 물질 형태로, 세계에서 가장 작은 밀도를 가지고 있습니다. 밀도는 입방미터당 3kg입니다. 일반적인 에어로겔은 실리콘 에어로겔인데, 1931년 미국 과학자 키슬러가 친구들과 도박을 하기 위해 처음 만들었습니다. 에어로겔에는 실리콘, 탄소, 황, 금속 산화물, 금속 등 다양한 종류가 있습니다. 에어로젤은 합성어입니다. 여기서 aero는 "공중"을 의미하는 형용사입니다. 젤은 당연히 젤이다. 말 그대로 공기 젤이라는 뜻이다. 어떤 물질의 겔이라도 건조하여 내부 용제를 제거하고 기본적으로 형태를 유지할 수 있으면 에어로겔이라고 부를 수 있으며 제품의 다공성이 높고 밀도가 낮습니다.
밀도가 극도로 낮기 때문에 가장 가벼운 에어로겔은 0.16 mg/cm3에 불과하며 공기 밀도보다 약간 낮아서 "얼어붙은 연기" 또는 "푸른 연기"라고도 불립니다. 내부의 매우 작은 입자(나노미터 수준)로 인해 가시광선은 통과할 때 햇빛이 공기를 통과하는 것처럼 산란이 적습니다(레일리 산란). 그러므로 하늘처럼 파란색으로 보이고(다른 것이 섞이지 않은 경우) 빛 앞에서 보면 약간 빨간색으로 보입니다. 하늘은 파랗고, 저녁하늘은 붉다. 에어로젤은 80% 이상이 공기로 구성되어 있어 보온효과가 매우 좋습니다. 1인치 두께의 에어로겔은 일반 유리 20~30개에 해당합니다. 에어로겔을 장미와 불꽃 사이에 놓아도 장미는 전혀 손상되지 않습니다. 에어로젤은 또한 러시아의 "Peace" 우주 정거장과 미국의 "Mars Pathfinder" 탐사선을 포함하여 우주 탐사에 다양한 용도로 사용됩니다. 에어로겔은 입자 물리학 실험에서 체렌코프 효과의 검출기로도 사용됩니다. 고에너지가속기 연구기관인 B 중간자 공장의 Belle 실험검출기에 있는 Airgel Cherenkov Counter(ACC)라는 입자 판별기가 최근 적용 사례입니다. 본 검출기에 사용되는 에어로겔은 액체와 기체 사이의 굴절률이 낮을 뿐만 아니라 높은 투과율과 고체 상태를 갖는 특성을 갖고 있어 기존의 극저온 액체나 고압{16}}공기를 사용하는 방식보다 우수합니다. 한편, 가벼운 특성도 장점 중 하나입니다.
이 새로운 물질의 밀도는 입방미터당 3.55kg에 불과하며 이는 공기 밀도의 2.75배에 불과합니다. 마른 소나무의 밀도(입방미터당 500kg)는 소나무의 140배입니다. 이 물질은 고체화된 연기처럼 보이지만 그 구성은 유리와 유사합니다. 밀도가 매우 낮기 때문에 항공우주 분야에 매우 적합합니다. 존스 박사가 개발한 새로운 에어로젤인 NASA 제트추진연구소는 주로 순수 실리카로 구성되어 있다. 생산 과정에서는 액체 실리콘 화합물을 빠르게 증발할 수 있는 액체 용매와 먼저 혼합하여 겔을 형성한 다음 가압 소화조와 유사한 장치에서 겔을 건조시키고 가열 및 감압을 거쳐 다공성 스폰지 구조를 형성합니다. 존스 박사가 얻은 최종 에어로겔 중 공기의 비율은 99.8%를 차지했다.
에어로겔은 반투명한 색상과 초경량 때문에 "고체 연기" 또는 "얼어붙은 연기"라고도 불립니다. 이 새로운 소재는 깨지기 쉬운 것처럼 보이지만 실제로는 매우 견고하고 내구성이 뛰어나 섭씨 1400도까지 견딜 수 있습니다. 에어로겔의 이러한 특성은 우주 탐사에 많은 응용이 가능합니다. 에어로젤 소재는 러시아의 '평화' 우주 정거장과 미국의 '화성 패스파인더' 우주선에 사용됩니다.