Anorganische Aerogele Vortrag zum Hauptseminar Modul AC V 22.01.2013 Eva Fürsattel
Gliederung Definition Synthese Anorganisch-organische Hybrid-Aerogele Eigenschaften und Anwendungen Quellen
1. Definition - Aerogele Porenflüssigkeit des Gel gegen Luft ausgetauscht Erhalt der typischen Poren- und Netzwerkstruktur geringe Dichte große spezifische Oberfläche große offene Poren
2. Synthese – Sol-Gel-Prozess Variierbare Parameter Art der Vorstufen Art des Lösungsmittels Homogenisierung der Vorstufen Beeinflusst partikel- und netzwerkbildende Reaktionen und die Dichte des Aerogels Areogel Vorstufe SiO2 TMOS, TEOS Al2O3 Al(OsBu)3 TiO2 Ti(OiPr)4
2. Synthese – Sol-Gel-Prozess Variierbare Parameter pH-Wert (für SiO2-Aerogele) Hydrolyse: Si(OR)4 + H2O Si(OR)3(OH) + ROH
2. Synthese – Sol-Gel-Prozess Variierbare Parameter pH-Wert (für SiO2-Aerogele) Kondensation Wasserkondensation (OR)3-Si-OH + OH-Si-(OR)3 (OR)3-Si-O-Si(OR)3+H2O Alkoholkondensation (OR)3-Si-OR + OH-Si-(OR)3 (OR)3-Si-O-Si(OR)3+ROH
2. Synthese – Sol-Gel-Prozess Partikelwachstum und Ausbildung eines Netzwerks pH abhängig
2. Synthese – Sol-Gel-Prozess Metallalkoxide Ti(OiPr)4 + 4 H2O Ti(OH)4 + 4 HOiPr TiO2 + 2 H2O Reaktionsgeschwindigkeit durch Liganden vermindern [M(OR)y (L)x]n zeigt veränderte Reaktivität, Struktur und Funktionalität
2. Synthese – Sol-Gel-Prozess Alterung Erhöhung der Steifigkeit des Gels Schrumpfung des Gels Synärese
2. Synthese – Sol-Gel-Prozess Alterung Ostwald-Reifung Abtragung von Masse an thermodynamisch ungünstigen Stellen Kondensation an thermodynamisch günstigeren Stellen
2. Synthese – Sol-Gel-Prozess Trocknung Problem bei Trocknung an Luft: Schrumpfen des Gels und Rißbildung Kapillarkräfte müssen vermieden werden überkritische Trocknung
2. Synthese – Sol-Gel-Prozess Trocknung Überkritische Trocknung Porenflüssigkeit wird oberhalb der kritischen Temperatur und des kritischen Drucks entfernt keine Flüssigkeit-Gas-Grenzfläche keine Kapillarkräfte
3. Anorganisch-organische Hybrid-Aerogele
4. Eigenschaften und Anwendungen Wärmeleitfähigkeit Hohe Porosität (bis 99,8 %) Sehr niedrige Wärmeleitfähigkeit (0,012 Wm-1K-1) Einsatz als Wärmeisolatoren nicht entflammbar
5. Quellen http://stardust.jpl.nasa.gov/photo/aerogel.html#row2 Hüsing, N.; Schubert, U. Angew. Chem. 1998, 110, 22-47 Zeitler, I. Dissertation, Silika-Hybridmaterialien für Antifogging-Beschichtungen, Bayreuth, 2008 Dorcheh, A. S., Abbasi, M. H. J. Mater. Process. Tech. 2008, 199, 10-26 Adebajo, M. O., Frost, R. L., Kloprogge, J. T., Carmody, O., Kokot, S. J. porous Mat. 2003, 10, 159-170 Wiener, M. Dissertation, Synthese und Charakterisierung Sol-Gel-basierter Kohlenstoff-Materialien für die Hochtemperatur-Wärmedämmung, Würzburg, 2009 Schaefer, D. W. Science 1989, 243, 1023-1027 Schmidt, H. K. ChiuZ 2001, 35, 176-184 ftp://data.cc-nanochem.de/SummerSchool2005/loebmann1.pdf Burchell, M. J., Graham, G., Kearsley, A. Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 2006, 34, 385-418 Schwertfeger, F. J. Sol-Gel-Sci. Tech. 1994, 2, 103-108 Alnaief, M. Dissertation, Process Development for Production of Aerogels with Controlled Morphology as Potential Drug Carrier Systems, Hamburg, 2011