L’aerogel è un materiale ultra leggero a bassissima densità e con una leggera conduttività termica. È piuttosto traslucido e leggermente ruvido al tatto. Tradizionalmente l’aerogel si ricava dall’essicamento supercritico, quindi avrai bisogno di un estrattore di fluido supercritico se vuoi produrlo anche tu a casa. Esistono dei tipi di aerogel che possono essere realizzati anche senza questo macchinario, ma tendono a essere più densi e instabili. Continua a leggere per imparare entrambe le tecniche di produzione.

Parte 1 di 3:
Costruire un Estrattore di Fluido Supercritico

  1. 1
    Procurati un cilindro da 9 kg di anidride carbonica. Assicurati che abbia un sifone, un tubo che si estende dal fondo verso l’esterno del cilindro.
    • Questo tipo di bombola ti consente di estrarre anidride carbonica allo stato liquido anziché in quello gassoso.
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    Osserva bene lo schema riportato in figura. L’articolo ti spiegherà come assemblare un estrattore di fluido supercritico, ma ti consigliamo di controllare anche i progetti che sono consultabili sul sito http://www.aerogel.org/ (in inglese).
  3. 3
    Fissa dei raccordi in acciaio inossidabile 304 o 316 e delle valvole al raccordo a croce senza saldature. Il raccordo a croce dovrebbe essere di 1,9 cm.
    • Dovresti collegare ai due lati del raccordo a croce le estremità filettate del tubo.
    • Se lo desideri, su un lato, puoi installare un oblò di controllo al posto di un secondo tubo.
    • Alla terza apertura del raccordo a croce, quella sul fondo, dovresti collegare una valvola a sfera da 6,35 mm per ridurre le vibrazioni.
    • Nella parte alta del raccordo dovrai avvitare in ordine: il riduttore di vibrazioni da 1,2 cm, il raccordo per l’ugello da 1,2 cm e il secondo connettore a croce da 1,2 cm.
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    Termina di assemblare la parte alta della macchina. Il resto delle valvole e dei manometri si collegherà a questo secondo raccordo a croce.
    • Aggiungi un termometro bimetallico all’uscita superiore del raccordo a croce.
    • All’uscita sinistra fissa un connettore per ugello da 6,35 mm a 1.,2 cm. Ora collega la valvola a sfera.
    • All’uscita destra, fissa un altro connettore per ugello da 6,35 mm a 1,2 cm. Continua collegandogli un altro raccordo a croce da 6,35 mm con un manometro sulla parte alta e una valvola di sicurezza sulla parte bassa.
    • Sul braccio aperto del raccordo a croce più piccolo, collega un altro connettore per ugello da 6,35 mm e una valvola ad ago.
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    Sii consapevole di cosa puoi e cosa non puoi usare. L’acciaio inox è la scelta migliore perché è robusto e pulito.
    • Devi procurarti dei manometri con fili di ottone e valvole in acciaio al carbonio.
    • Non usare dei raccordi di ottone o di acciaio al carbonio e non usare alcun componente che non sia in grado di sopportare una pressione superiore a 2000 PSI.
  6. 6
    Fissa la bombola di anidride carbonica all’estrattore di fluido supercritico. Devi assicurarti che tutte le connessioni siano ben fissate e che l’anidride carbonica liquida scorra senza problemi all’interno dell’estrattore.
    • Raccomandiamo sempre di controllare lo schema di assemblaggio ufficiale in questa pagina.
    • Collega la bombola in questo ordine: filettatura maschio CGA320, guarnizione in teflon, ugello di ingresso CGA, dado di ingresso CGA, presa femmina a sgancio rapido NPT, connettore maschio a sgancio rapido e un tubo intrecciato ad alta pressione e un connettore rigido NPT da 6,35 mm con un raccordo femmina.
    • All’altra estremità del tubo devi collegare in questo ordine: connettore maschio a sgancio rapido NPT da 6,35 mm e una presa maschio a sgancio rapido NPT da 6,35 mm.
    • Collega l’ultima presa all’ingresso della valvola a sfera dell’estrattore. A questo punto dovresti essere pronto per generare l’aerogel.
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Parte 2 di 3:
Preparare un Aerogel di Silicio

  1. 1
    Diluisci dell’idrossido d’ammonio concentrato. Aggiungi 5,4 ml (o 4,86 g) di idrossido d’ammonio concentrato a 1000 ml di acqua in una bottiglia di vetro o plastica.
    • Dovresti etichettare la bottiglia con la scritta "soluzione di idrossido d’ammonio." Puoi chiuderla e conservarla a temperatura ambiente anche per usi futuri.
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    Unisci il TMOS al metanolo. Usa 10 ml (o 10,2 g) di TMOS e aggiungilo in un becher di vetro con 10 ml (o 7,82 g) di metanolo. Mescola fino a quando saranno ben omogenei.
    • Etichetta il contenitore con la scritta "alcossido" o "soluzione A."
    • Sappi che il TMOS è molto difficile da procurare poiché i negozi specializzati esitano a vendere dei prodotti chimici ai singoli privati. Tuttavia, devi procurarti tutti i componenti da una fonte affidabile per essere sicuro che non ci siano impurità pericolose.
  3. 3
    Unisci la soluzione di idrossido d’ammonio con il metanolo. Aggiungi 5 ml (o 5 g) di soluzione preparata in precedenza con 10 ml (o 7,92 g) di metanolo in un secondo becher di vetro. Mescola.
    • Etichetta questo contenitore con la scritta "catalizzatore" o "soluzione B."
  4. 4
    Versa il catalizzatore nell’alcossido. Fai attenzione ed esegui le operazioni con cautela, alla fine mescola la miscela con un’asticella di vetro.
    • La soluzione che ne risulta viene chiama "anima."
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    Trasferisci la soluzione in stampi. Rivestili prima con della carta da forno a base di silicone e poi versa la soluzione. Lascia che riposi finché non diventa un gel.
    • Saranno necessari da 15 minuti a un’ora.
    • Puoi anche aspirare la soluzione in siringhe senza ago e alla fine togliere il gel spingendolo con lo stantuffo.
    • Il TMOS è la fonte di silicio per questo metodo. L’acqua consente al TMOS di polimerizzarsi e il metanolo permette sia all’acqua che al TMOS di entrare nella stessa fase, così che possano reagire. L’idrossido di ammonio rende la reazione più veloce.
  6. 6
    Aspetta che il gel si formi. Quando si è stabilizzato mettilo sotto metanolo e aspetta che “stagioni” per 24 ore come minimo.
  7. 7
    Togli l’acqua. Cambia il metanolo con dell’altro fresco, con dell’acetone o con l’etanolo puro almeno 4 volte nel corso di una settimana.
    • Questo procedimento elimina l’acqua, lasciandoti un gel di metanolo puro.
  8. 8
    Essicca il gel nell’estrattore. Metti il gel nel compartimento specifico e scalda l’anidride carbonica fino al suo punto critico, 31,1°C a una pressione di 72,9 bar fino a 45°C a 100 bar.
    • L’essiccazione supercritica estrae il metanolo dal gel.
    • Abbassa la pressione della macchina alla velocità di circa 7 bar all’ora.
    • Quando hai finito otterrai l’aerogel di silicio.
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Parte 3 di 3:
Istruzioni Alternative – Essiccazione Subcritica

  1. 1
    Prepara l’aerogel come al solito. Segui le istruzioni precedenti e mescola i composti chimici per produrre l’"anima", lo stato liquido del gel.
  2. 2
    Purifica il gel con il cambio di solvente come di consueto. Ricoprilo con acetone o etanolo cambiando la soluzione almeno 4 volte in una settimana.
  3. 3
    Prepara una soluzione di etanolo ed esano. Mescola una parte di esano con tre di etanolo finché non ottieni un volume che sia almeno 5 volte quello del gel che stai usando.
    • Se vuoi, puoi usare l’acetone al posto dell’etanolo.
    • Per esempio, se stai lavorando 20 ml di aerogel, prepara una soluzione di 25 ml di esano e 75 ml di acetone (o etanolo).
    • Etichetta il contenitore con la scritta “miscela 25-75”.
  4. 4
    Prepara altre due soluzioni di etanolo ed esano. La seconda sarà una soluzione al 50%. Per la terza usa tre parti di esano e una di etanolo.
    • Anche in questo caso puoi sostituire l’etanolo con l’acetone.
    • Etichetta il secondo contenitore con “miscela 50-50” e il terzo con “miscela 75-25”.
  5. 5
    Immergi il gel nelle tre miscele. Comincia dalla prima e lascialo per 12-48 ore.
    • Dopodiché passa alla seconda soluzione (50-50) per lo stesso periodo di tempo e finisci con la terza miscela (75-25) per altre 12-48 ore.
  6. 6
    Immergi il gel nell’esano. Cambia l’esano puro tre volte nel corso di 24-72 ore.
  7. 7
    Prepara una soluzione di trimetilclorosilano. Aggiungilo all’esano in modo che rappresenti il 6% del peso della soluzione.
    • Prepara sufficiente miscela così da averne approssimativamente 15 volte il volume del gel.
    • Etichetta il contenitore con la scritta “soluzione TMCS”.
  8. 8
    Lascia il gel in ammollo nella soluzione TMCS. Il contenitore deve essere sigillato e resistente agli agenti chimici e deve avere un’ampia apertura. Versa tanta soluzione in modo che sia 5-10 volte il volume del gel. Chiudi il contenitore.
    • Lubrifica il coperchio con del grasso siliconico, se usi un contenitore in vetro, altrimenti il coperchio potrebbe bloccarsi.
  9. 9
    Scalda e raffredda il contenitore. Portalo a 60°C per 12-24 ore usando un forno o un vassoio riscaldato. Lascia che torni a temperatura ambiente prima di cambiare la soluzione di TMCS con altra fresca.
    • Ripeti il procedimento altre 2 volte.
  10. 10
    Fai raffreddare il gel nell’esano puro. Sostituisci la soluzione di TMCS con esano puro e lascia che l’aerogel vi riposi per 12-24 ore.
    • Nel corso di 24-72 ore cambia l’esano almeno 2 volte.
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    Essicca il gel in maniera subcritica. Mettilo in un barattolo e chiudi il coperchio solo per metà. Aspetta che il gel si asciughi per 1-2 giorni.
    • Alla fine di questo passaggio avrai ottenuto un aerogel.
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Avvertenze

  • Lavora in una stanza ben ventilata e ben illuminata per evitare infortuni.
  • Proteggiti gli occhi con occhiali di sicurezza. Indossa abiti a maniche lunghe e scarpe chiuse.
  • Non sostituire i componenti testati per basse resistenze con altri diversi.
  • Prenditi il tempo necessario. Non avere fretta perché potresti commettere errori pericolosi.
  • Chiedi a qualcuno di controllarti mentre lavori, nel caso qualcosa andasse storto.
  • Assicurati che tutti i raccordi siano ben chiusi per evitare che le guarnizioni siano esposte ai solventi.
  • Ricordati di cambiare i manometri ogni 30-50 utilizzi e di stringere le valvole per evitare che si aprano inavvertitamente.
  • Il TMOS è un materiale pericoloso che può nuocere agli occhi e ai polmoni. Indossa occhiali di protezione e procurati una cappa aspirante per evitare che i vapori ti intossichino.
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Cose che ti Serviranno

  • Guanti di plastica o gomma
  • Occhiali di protezione
  • Abiti lunghi
  • Scarpe chiuse
  • Grembiule

Estrattore di Fluido Supercritico

  • 2 valvole a sfera medie di acciaio inox 316 e da 6,35 mm NPT
  • 2 ugelli esagonali da 1,2 cm con riduzione a 6,35 mm NPT, lunghi 1,68 cm e in acciaio inox 316
  • Ugello esagonale da 1,2 cm NPT
  • 2 ugelli esagonali da 6,35 mm NPT
  • Un raccordo a croce da 1,2 cm NPT di acciaio inox 316
  • Un raccordo a croce da 6,35 mm NPT in acciaio inox 316
  • Una valvola ad ago per pressioni medie, femmina-femmina da 6,35 mm e in acciaio inox 316
  • Valvola di sicurezza ASME da 6,35 mm NPT, maschio, in ottone con un anello di controllo e scarico di atmosfere
  • Termometro bimetallico da 1,2 cm NPT maschio in acciaio inox 304 e quadrante asciutto
  • Manometro da 0-3000 PSI/0-20000 kPa con connessione inferiore da 6,35 mm
  • Pistola di colore o asciugacapelli
  • Nastro sigillante per tubi
  • Chiave regolabile
  • Bombola da 9 kg di anidride carbonica con tubo a sifone e connettore CGA320

Aerogel di Silicio

  • TMOS (tetrametil ortosilicato)
  • Metanolo
  • Acqua deionizzata
  • Idrossido di ammonio con percentuale in massa di 28-30 wt% in acqua
  • Etanolo (facoltativo)
  • Acetone (facoltativo)

Aerogel con Essiccazione Subcritica

  • Gel di silicio
  • Acetone o etanolo puro
  • Esano
  • Trimetilclorosilano (TMCS)
  • Barattolo o bottiglia resistente agli agenti chimici e con un’ampia apertura
  • Forno o vassoio riscaldato
  • Cappa chimica
  • Pentano
  • HMDS

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