Aerogele sind nanostrukturierte, offenporige Werkstoffe, die aus wässrigen oder alkoholischen Lösungen durch Gelation (Sol-Gel-Verfahren) und geeignete Trocknungsverfahren gewonnen werden.
Übrig bleiben Festkörper mit außergewöhnlichen Eigenschaften. Neben einer geringen Dichte, einer hohen inneren Oberfläche und gewisser Schallabsorption zeigen Aerogele eine extrem niedrige Wärmeleitfähigkeit und können so zum ressourceneffizienten Umgang von natürlichen Ressourcen beitragen.
Je nach Ausgangswerkstoff liegt ihre Einsatztemperatur zwischen -200 °C bis 1400 °C. Aerogele sind funktionalisierbar. So kann ihre Oberfläche hydrophob oder hydrophil gestaltet aber auch elektrisch leitfähig gemacht werden.
Je nach Porenstruktur und Dichte, sowie basierend auf dem Ausgangsmaterial können Aerogele transparent, opak oder optisch dicht sein. Die Porenstruktur und -größe haben enormen Einfluss auf die spezifische Oberfläche des Materials. Diese kann ohne Weiteres im Bereich mehrerer Tausend m2/g liegen.
Aerogele lassen sich in einem Gießprozess herstellen und können somit diversen Formen frei angepasst und durch Zuschlag- beziehungsweise Füllstoffe verstärkt werden.
Wärmedämmung mit Aerogelen
Aufgrund ihrer Porenstruktur eignen sich Aerogele hervorragend als Isolationsmaterial. Die geringe Porengröße unterbindet den Wärmetransport durch die Gasphase. Dies führt primär zu Wärmeleitfähigkeiten von bis zu weniger als 15 mW / (K m) - zum Vergleich: klassische Isolationsmaterialien wie Styropor liegen im Bereich von 30 bis 45 mW / (K m) und damit deutlich über den möglichen Werten der Aerogele. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist, dass der Massenanteil des Feststoffes eines Aerogels im Extremfall weniger als 0,1 % betragen kann. Dies führt dazu, dass ebenfalls die Festkörperwärmeleitung nahezu unterdrückt wird.
Im Bereich der hohen Temperaturen nimmt die Wärmestrahlung (IR-Anteil) deutlich zu, was im Allgemeinen zu einer Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit mit der Temperatur führt. In diesem Fall können den Aerogelen Zuschlagstoffe auf Kosten der Dichte zugegeben werden.
Vorteile der Aerogele
Die herausragenden Wärmedämmeigenschaften der Aerogele ermöglichen effiziente Isolation auf kleinstem Raum. Im Vergleich zu konventionellen Isolationsmaterialien kann so Bauraum gespart und anderweitig genutzt werden. Durch hohe Flexibilität in der Parameteroptimierung können Aerogele an das jeweilige Einsatzgebiet angepasst werden.
Anorganische Aerogele sind nicht brennbar, tropfen im Fall eines Brandes nicht und können ihre Dämmwirkung trotzdem aufrecht erhalten.
Die enormen Oberflächen der Aerogele eignen sich für selektive Adsorption und sind interessant für Anwendungen in denen es auf hohe Kontaktflächen unterschiedlicher Phasen ankommt - z .B. Elektrolytbenetzung oder in Superkondensatoren.
Aufgrund der geringen Dichte können Aerogele in unterschiedlichste Systeme eingebracht werden und der Kosten/Nutzen-Faktor ist sehr gering. Zwar kommt es aufgrund der Zugabe von Aerogelen zu einer kleinen Massezunahme, beispielsweise in einem Bauteil, doch überwiegen die Vorteile, die ein Aerogel mit sich bringt.