برترین کاربران هفتگی این مقاله

از ۱۳۹۸/۰۷/۲۰ تا ۱۳۹۸/۰۷/۲۶

هیچ کاربری در این بازه زمانی وجود ندارد

آمار مقاله
  • بازدید کل ۱,۵۳۰
  • بازدید این ماه ۵۴
  • بازدید امروز ۰
آمار آزمون مقاله
  • کل شرکت کنندگان ۲۹۷
  • قبول شدگان ۲۵۷
  • شرکت کنندگان یکتا ۱۰۴
  • میانگین درصد شرکت کنندگان ۸۱
واژه نامه فناوری نانو

نانو

nano

پيشوندي به معناي يک بيليونم يا (000،000،000،1/1). در متون فناوري‌نانو، معمولا براي مشخص کردن يک واحد اندازه‌گيري برابر با 10 به توان منفي 9 متر استفاده مي‌شود.

سطح مقاله

پیشرفته 1

طرح درس

منابع دومین مرحله نهمین مسابقه ملی فناوری نانو

نویسندگان
کلمات کلیدی
امتیاز کاربران

کاربرد آئروژل‌ها

آئروژل‌ها، موادی بسیار متخلخل با حفره‌های نانومتری و چگالی پایین هستند که به‌طور گسترده‌ای در کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. محدوده کاربردهای این نانومواد بسیار گسترده بوده و شامل معماری، نساجی، کاربردهای خانگی، محیط زیست، انرژی، صنعت خودروسازی و کاربردهای هوافضا می‌شود. هم‌چنین، آئروژل‌ها به‌دلیل دارا بودن خواص فیزیکی جالب توجه مانند هدایت حرارتی پایین و خواص مکانیکی مناسب مانند وزن کم و توانایی بالا در جذب انرژی، یک گزینه مناسب برای کاربرد در عایق‌های حرارتی و صوتی هستند. در این مقاله، کاربردهای آئروژل‌ها به‌طور مفصل مورد مطالعه قرار خواهند گرفت.

1- مقدمه
به‌طور کلی، آئروژل یک ماده بسیار سبک و متخلخل است که از یک ژل مشتق می‌شود. در سنتز آئروژل، فاز مایع ژل با گاز (هوا) جایگزین می‌شود که در نتیجه آن، یک ماده با دانسیته و هدایت حرارتی پایین تولید می‌شود. حدود 99.8 درصد این نانومواد از هوا تشکیل می‌شود، بنابراین ساختار آن‌ها به‌صورت جامدی متخلخل با شبکه‌ای از تخلخل‌ها به‌صورت بسته‌های گازی است که باعث می‌شود آئروژل‌ها تقریباً بی‌وزن باشند. به‌دلیل خواص منحصربه‌فرد آئروژل‌ها، از آن‌ها در کاربردهای متنوعی استفاده می‌شود. به عنوان مثال، در مهندسی برق و در تولید حسگرها نیاز به موادی با سطح ویژه بالا وجود دارد. در کشاورزی، داروسازی و رهاسازی کنترل شده از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. آئروژل‌ها به‌طور رضایت‌بخشی در این صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرند. هم‌چنین در کاربردهای هوافضا، از این نانومواد به عنوان ابزاری برای شناسایی گرد و غبار فضایی استفاده می‌شود. به‌دلیل قیمت پایین آئروژل‌ها، از آن‌ها به‌عنوان پرکننده در صنایع شیمیایی، داروسازی، جوهر، تونر، مواد شوینده و آرایشی استفاده می‌شود. شکل 1 شمایی از بازار جهانی آئروژل در سال 2015 را نشان می‌دهد.

 

شکل 1- شمایی از بازار جهانی آئروژل در سال 2015.

 

جهت آشنایی بیشتر با انواع، خواص و روش‌های سنتز آئروژل‌ها به مقاله "معرفی آئروژل‌ها" در سایت آموزش نانو مراجعه کنید. در ادامه، کاربردهای مهم آئروژل‌ها به‌طور مفصل مورد مطالعه قرار خواهند گرفت.

 

2- کاربرد آئروژل‌ها

1-2- عایق‌ها
به‌طور کلی، به هر جسمی که مانع عبور جرم و انرژی شود، عایق گفته می‌شود. هدف از عایق‌کاری جلوگیری از نفوذ عامل یا عواملی از داخل به خارج یا بالعکس است. عایق‌ها به سه دسته حرارتی، صوتی و رطوبتی تقسیم‌بندی می‌شوند. از آئروژل‌ها در عایق‌های صوتی و حرارتی استفاده می‌شود.

 

1-1-2- عایق‌های حرارتی
آئروژل‌ به‌عنوان بهترین ماده عایق حرارتی شناخته می‌شود. دلیل اصلی هدایت حرارتی کم این نانومواد، ساختار متخلخل آن‌ها است؛ به‌طوری‌که تخلخل‌های موجود در ساختار آن‌ها مانع سیلان پیوسته و مناسب حرارت می‌شود. یکی دیگر از دلایل عایق بودن آئروژل‌ها، محدود بودن مکانیزم‌های انتقال حرارت در آن‌ها است. یکی از کاربردهای برجسته آئروژل‌ها، به‌خصوص آئروژل‌های سیلیکایی، استفاده از آن‌ها به‌عنوان عایق‌های حرارتی است که نسبت به سایر عایق‌ها مانند پلی‌استایرن منبسط شده، بازدهی و کارآیی بهتری دارند. شکل 2 تصویری از کارآیی عالی یک آئروژل 8 میلی‌متری در ممانعت از عبور حرارت شعله را نشان می‌‌دهد.

 

شکل 2- تصویری از کارآیی عالی یک آئروژل 8 میلی‌متری در ممانعت از عبور حرارت شعله.

 

2-1-2- عایق‌های صوتی
به‌طور کلی، آئروژل‌ها به‌عنوان عایق‌های صوتی مناسب شناخته می‌شوند. البته، مقدار انتقال صوت در آئروژل‌ها بستگی به دانسیته، بافت ماده اولیه و نوع گاز درون شبکه‌ آن‌ها دارد. سرعت امواج صوت در دمای 20 درجه سانتی‌گراد حدود 343.2 متر بر ثانیه است. با برخورد امواج صوتی به آئروژل‌ها، دامنه و سرعت آن‌ها کاهش می‌یابد. آئروژل سیلیکا یک عایق صوتی بسیار مناسب است. عایق‌های صوتی هم در مصارف خانگی و هم در مصارف صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در مصارف خانگی، از آن‌ها برای پوشاندن کف اتاق‌ها به‌منظور جلوگیری از انتشار صدای تولید شده هنگام راه رفتن یا جابه‌جایی اجسام استفاده می‌شود. هم‌چنین در ساختن اتاق‌هایی که از انعکاس صدا در فضا جلوگیری می‌کنند، از آئروژل استفاده می‌شود. از مصارف صنعتی این نانومواد می‌توان به صنایع حمل و نقل و ماشین‌سازی اشاره کرد. 

 

2-2- کاربرد نوری و اپتیکی
آئروژل‌ها بسته به میزان همگنی ساختار خود می‌توانند شفاف یا کدر باشند، به‌طوری‌که با افزایش همگنی، شفافیت آن‌ها افزایش یافته و می‌توانند در کاربردهای اپتیکی مورد استفاده قرار بگیرند. غیرهمگنی آئروژل‌ها حتی در محدوده نانومتری، باعث تفرق تابش‌های برخوردی با آن‌ها شده و باعث می‌شود تا نور عبوری از نمونه زرد رنگ به‌نظر برسد. آئروژل‌های سیلیکایی و هم‌چنین آئروژل‌های سنتز شده از تترامتوکسی سیلان در متانول از جمله نانومواد شفاف قابل استفاده در کاربردهای نوری و اپتیکی هستند. آئروژل‌ سنتز شده از تترامتوکسی سیلان در متانول طی دو مرحله (1) هیدرولیز کاتالیز شده با باز و (2) تراکم کاتالیز شده با اسید، تولید می‌شوند و قابلیت گذردهی بیش از 93 درصد نور تابیده شده با طول‌موج 900 نانومتر را دارد.

 

3-2- کاربرد الکتریکی
1-3-2- باتری
تخلخل بالای آئروژل‌ها این امکان را فراهم می‌کند تا بسیاری از یون‌های کوچک در شبکه آن‌ها قرار گیرند. از آئروژل‌های اکسیدی به دلیل دارا بودن تخلخل بالا و انتقال حرارت ضعیف، در باتری‌های الکتریکی که حرارت بالایی دارند، استفاده می‌شود. چالش اصلی در کاربرد آئروژل‌ها به‌عنوان باتری، ایجاد شرایطی برای قرار دادن یون‌ها به‌صورت برگشت‌پذیر در شبکه آئروژل است. آئروژل‌هایی از جنس وانادیم اکسید، منگنز اکسید و مولیبدن اکسید از جمله آئروژل‌هایی هستند که کاربرد آن‌ها به‌عنوان باتری مورد مطالعه قرار گرفته است. آئروژل وانادیم اکسید یک ماده بی‌شکل است که شبکه جامد به هم پیوسته‌ای دارد و مساحت آن بیش از 450 مترمربع بر گرم و حجم ویژه آن حدود 3-2 سانتی‌متر مکعب بر گرم است. مطالعات نشان می‌دهند که می‌توان بیش از 5.8 اکی‌والان لیتیم آئروژل را با روش‌های الکتروشیمیایی جایگزین کرد. برای مطالعه بیشتر در مورد اکی‌والان یا هم‌ارز به پیوست 1 در انتهای متن مراجعه کنید. بنابراین، از این نانومواد به‌دلیل ظرفیت بالای آن‌ها، در الکترودهای مثبت پرانرژی در باتری‌های لیتیم استفاده می‌شود. هم‌چنین، همانند لیتیم، امکان جایگزینی برگشت‌پذیر یون‌های منگنز (Mn)، روی (Zn) و آلومینیوم (Al) وجود دارد. آئروژل‌های هیبریدی وانادیم پنتوکسید و پلی‌پیرول که با پلیمریزه شدن پیرول و وانادیم آلکوکسید در مخلوط استون و آب و پیرول تولید می‌شوند، از دیگر آئروژل‌های مناسب جهت استفاده به‌عنوان باتری هستند. این آئروژل‌ها بسیار یک‌پارچه بوده و رنگ سبز تیره‌ای دارند. مساحت سطح این آئروژل‌ها حدود 150 تا 275 متر مربع بر گرم و دانسیته آن‌ها 0.2-0.1 گرم بر سانتی‌متر مکعب است. هم‌چنین، خواص مکانیکی این آئروژل‌ها مناسب بوده و امکان بریدن آن‌ها بدون این‌که خرد شوند، وجود دارد. مقدار هدایت الکتریکی این آئروژل‌ها وابستگی شدیدی به ترکیب شیمیایی آن‌ها داشته و با افزایش مقدار پیرول، کاهش می‌یابد. از دیگر آئروژل‌های مناسب جهت استفاده در باتری می‌توان به آئروژل نقره‌ یدید-آلومینا (AgI-Al2O3) اشاره کرد.

 

2-3-2- الکترود خازن
از آئروژل‌ها به‌عنوان الکترود دولایه (Double Layer) در ابر خازن‌ها استفاده می‌شود. مقاومت الکتریکی آئروژل‌ها پایین و در حدود 10-3 اهم است. هم‌چنین، ظرفیت ویژه آئروژل‌های کربنی مشتق شده از آئروژل‌های رزورسینول - فرمالدهید حدود 45 فاراد بر گرم در هر الکترولیت آبی است. در کاربرد آئروژل‌ها به‌عنوان الکترود دولایه، ایجاد شرایطی برای قرار دادن مقدار زیادی از حامل‌های بار الکتریکی به‌صورت برگشت‌پذیر در شبکه آئروژل یک چالش است. البته، بخش اعظمی از جریان الکتریسیته باید توسط آئروژل حمل شود. کربن آئروژل‌ها بیشترین کاربرد را در ابرخازن‌ها دارند. کربن آئروژل حاصل از گرماکافت (Pyrolysis) آئروژل‌های پلی‌اکریلونیتریل، دارای ظرفیت ویژه‌ حدود 130 فاراد بر گرم در محلول آبی پتاسیم هیدروکسید 5 مولار هستند. شکل 3 شمایی از دولایه‌های کربن آئروژل در ابرخازن را نشان می‌دهد.

 

 شکل 3- شمایی از دولایه‌های کربن آئروژل در ابرخازن.

 

3-3-2- مواد دی‌الکتریک (Dielectric Materials)
فیلم نازک آئروژل سیلیکایی،‌ ثابت دی‌الکتریک بسیار کمی دارد و از آن در مدار مجتمع بسیار بزرگ (Integrated Circuit) استفاده می‌شود. برای سنتز این فیلم‌ها از محلول بازی تترامتوکسی سیلان مخلوط شده با دی‌متیل‌سولفوکسید استفاده می‌شود و پس از پوشش‌دهی آن‌ها باکربن‌دی‌اکسید، به‌صورت فوق بحرانی خشک می‌شوند. ثابت دی‌الکتریک سیلیکا آئروژل حدود 1/1 است. از خواص دی‌الکتریک آئروژل‌های آلی در بخش خازنی فیلترها استفاده می‌شود.

 

4-2- حامل (Carrier) مواد مختلف
از آئروژل‌ها به‌عنوان حامل ترکیبات مختلف مانند رنگ‌دانه‌ها در داروسازی و کشاورزی استفاده می‌شود. هم‌چنین، در شرایطی‌که نیاز به ارتباط گسترده بین مواد فعال وجود دارد، آئروژل‌ها می‌توانند مانند یک هدایت‌کننده در انتقال مواد مختلف عمل ‌کنند. به‌دلیل مقاوم بودن آئروژل‌ها در برابر فشار موئینگی، از آن‌ها برای نگه‌داری یا حمل مایعات پرخطر مانند دی‌متیل‌هیدرازین نامتقارن (C2N2H8) مورد استفاده در سوخت موشک‌ها، استفاده می‌شود. هم‌چنین، از آئروژل‌ها برای محبوس کردن ضایعات رادیواکتیو یا فیلترهای گازی استفاده می‌شود.

سیلیکا، آلومینا و کربن آئروژل‌ها می‌توانند با منیزیوم‌کلرید (MgCl2)، لیتیم برومید (LiBr) و کلسیم کلرید (CaCl2)  اشباع شده و به‌عنوان جاذب آب برای ذخیره‌سازی گرما در درجه حرارت‌های پایین مورد استفاده قرار گیرند.

 

5-2- کاتالیست‌ها
از فلزات واسطه مانند وانادیوم، مولیبدن، آهن و مس، و هم‌چنین فلزات نجیب مانند ایریدیوم، پالادیوم و پلاتین به‌عنوان کاتالیست در بسیاری از واکنش‌ها استفاده می‌شود. آئروژل‌ها به‌دلیل مساحت بالای خود، یک کاتالیست مناسب به‌شمار می‌روند. با استفاده از این نانومواد تعداد مکان‌های فعال برای انجام واکنش‌ها افزایش می‌یابد. آئروژل‌ها نسبت به زیروژل‌ها بازدهی کاتالیستی بهتری دارند. یکی از مهم‌ترین کاربردهای کاتالیستی آئروژل‌ها در اگزوز خودروها است. برای احتراق کامل سوخت خودرو نیاز به یک کاتالیست وجود دارد. در صورت استفاده از کاتالیست در اگزوز خودرو میزان آلودگی ناشی از آن تا حد زیادی کاهش می‌یابد؛ به‌طوری‌که در این شرایط فقط دی‌اکسیدکربن، آب و نیتروزن در فضا آزاد می‌شود. در صورت عدم استفاده از کاتالیست‌ها، گاز خروجی از اگزوز حاوی مونوکسید کربن، هیدروکربن‌های پسماند و اکسید نیتروژن خواهد بود. بنابراین، استفاده از کاتالیست‌های آئروژلی به حفاظت از محیط زیست کمک شایان‌توجهی می‌کند. چالش مهم در استفاده از آئروژل‌ها به‌عنوان کاتالیست این است که شرایط کاری کاتالیست‌ها در محدود دمایی 1200-900 درجه سانتی‌گراد بوده و قرارگیری اکثر آئروژل‌ها در این دماهای بالا باعث کاهش سطح آن‌ها می‌شود. با این وجود، از آئروژل‌های مشتق شده از هگزا آلومینات (Al12O19) سنتز شده با منگنز، کروم، آهن، نیکل یا کبالت به‌طور موفقیت‌آمیزی به‌عنوان کاتالیست در سوخت‌ متان استفاده شده است. هم‌چنین می‌توان با پیوند کمپلکس‌های آلی – فلزی (Organometallic Complexes) به جداره داخلی آئروژل‌ها، سایر واکنش‌های کاتالیستی را که نیاز دمای بالا ندارند، انجام داد.

آئروژل‌ها فقط به‌عنوان کاتالیست سوخت کاربرد ندارند و از آن‌ها به‌عنوان کاتالیست‌های زیستی هم استفاده می‌شود. یکی از پرکاربردترین آئروژل‌ها در کاتالیست‌های زیستی، سیلیکا آئروژل است که به‌طور رضایت‌بخشی در آنزیم لیپاز به‌کار رفته و باعث تسریع واکنش‌های استری شدن می‌شود. شکل 4 شمایی از احاطه شدن آنزیم توسط سیلیکا آئروژل را نشان می‌دهد.

  

شکل 4- شمایی از احاطه شدن آنزیم توسط سیلیکا آئروژل.

 

آئروژل سیلیکا-آلومینا با کلرید روی (ZnCl2) به‌عنوان کاتالیست در واکنش‌های آلکیله کردن فریدل-کرافتس (Friedel-Crafts reaction) استفاده می‌شود. واکنش فریدل-کرافتس مجموعه‌ای از واکنش‌های جابه‌جایی است که طی آن‌ها یک گروه آلکیل یا آسیل، در حضور کاتالیست آلومینیوم کلرید، با یکی از اتم‌های هیدروژن موجود در حلقه بنزنی تعویض می‌شود. سایر کاتالیست‌های مورد استفاده در این واکنش عبارتند از تری‌فلورید بور (BF3)، آلومینیوم کلرید (AlCl3)، اسیدسولفوریک (H2SO4) و هیدروفلوریک‌اسید (HF) حل شده در حلال‌های مختلف. این کاتالیست‌ها سه عیب عمده دارند که عبارتند از:

· خورندگی بسیار بالا

· ضرورت جداسازی کاتالیست

· انتخاب‌پذیری ضعیف.

کاتالیست‌های تهیه شده از آئروژل‌ها مشکلات اشاره شده را نداشته و به‌دلیل دارا بودن سطح وسیع‌تر و حفرات بزرگ‌تر، توجهات زیادی را خود جلب کرده‌اند. هم‌چنین، در صورت تعبیه کردن هالیدهای فلزی، به‌خصوص کلرید روی، روی سطح آئروژل‌ها می‌توان کارآیی آن‌ها را افزایش داد.

 

6-2- پوشش‌دهی
پوشش‌های آئروژلی در صنایع متنوعی مانند الکترونیک، حسگرها، کاتالیزور و مهندسی پزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. به‌عنوان مثال سیلیکا آئروژل به‌عنوان دی‌الکتریک بین‌فلزی در صنایع الکترونیک به‌کار می‌رود. برای تهیه فیلم نازک سیلیکا آئروژل، مخلوط تتراآلکوکسید سیلان/پروپانول به عنوان سُل روی بستر سیلیکون راسب می‌شود. سپس با فرآیند خشک کردن فوق بحرانی، حلال خارج می‌شود. البته باید توجه داشت که طی فرآیند خشک کردن حجم حفره‌ها تغییر نمی‌کند.

 

1-6-2- پوشش‌های آئروژل تیتانیوم‌دی‌اکسید‌ روی بستر فلزی برای ایمپلنت‌های پزشکی
فرآیند سل-ژل امکان تولید پوشش‌های سرامیکی متخلخل یا متراکم روی زیرلایه‌های مختلف را فراهم می‌کند. به همین دلیل از این روش به‌طور گسترده‌ای برای پوشش‌دهی آئروژل‌ها روی ایمپلنت‌های مختلف استفاده می‌شود. برای تولید پوشش تیتانیوم‌دی‌اکسید از پیش‌ماده‌های آلی – فلزی استفاده می‌شود. مقدار تخلخل، شفافیت و هم‌چنین تعیین نوع پوشش‌ها پس از خشک شدن (آئروژل/زیروژل) بستگی به مقدار پیش‌ماده، شرایط هیدرولیز و فرآیند خشک کردن دارد. با تغییر فرآیند خشک کردن، امکان سنتز آئروژل تیتانیوم‌دی‌اکسید به شکل گرانول‌های متخلخل فراهم می‌شود که این آئروژل‌ها در ایمپلنت‌های پزشکی کاربرد دارند.   

 

7-2- مواد لومینسانس‌کننده
امکان تولید آئروژل‌هایی با خاصیت فوتولومینسانس با ایجاد یک پوشش روی ذرات لومینسانس و قرار دادن آن‌ها روی آئروژل، به‌عنوان مثال سیلیکا آئروژل، حین فرآیند ژله شدن (gelatin) وجود دارد. برای دست‌یابی به بهترین خواص، باید مراحل شستشو و خشک کردن فوق‌ بحرانی به نحوی صورت بگیرد که اولاً ذرات درون آئروژل حفظ شده و از آن جدا نشوند؛ و ثانیاً خواص آن‌ها درون آئروژل حفظ شود. دو مکانیزم برای قرار گرفتن یا به‌اصطلاح "به دام افتادن" این ذرات در آئروژل‌ها پیشنهاد شده است که عبارتند از: (1) جذب سطحی ذرات با پیوندهای هیدروژنی؛ (2) جذب سطحی ذرات با نیروهای الکترواستاتیک برگشت‌پذیر یا با نیروی کووالانسی برگشت‌ناپذیر. 

 

8-2- جمع‌آوری غبارهای کهکشانی
جمع‌آوری غبارهای کهکشانی یکی از مباحث پیشرفته و نوین در علم ستاره‌شناسی است، به‌طوری‌که در سال‌های گذشته پژوهش‌های گسترده‌ای در این حوزه صورت گرفته است. غبارهای کهکشانی ذرات بسیار ریز کیهانی با ابعادی در مقیاس میکرون هستند که با سرعت بسیار زیادی در حال حرکت در فضا هستند. از این‌رو به آن‌ها ذرات "فوق سریع" هم گفته می‌شود. کاربرد آئروژل‌ها در جمع‌آوری غبارهای کهکشانی بسیار مهم است، چرا که فقط با استفاده از این نانومواد امکان جمع‌آوی غبارها بدون ایجاد تغییر در آن‌ها وجود دارد. این تغییرات می‌توانند تغییرات ظاهری یا تغییر در حالت آن‌ها مانند ذوب شدن باشند. آئروژل‌های مورد استفاده در جمع‌آوری غبارهای کهکشانی باید دارای چند ویژگی اساسی باشند که این ویژگی‌ها عبارتند از:

· شفافیت بالا (تا بتوان غبارها را تشخیص داد)

· تخلخل زیاد (دانیسته کم)

· ضریب حرارتی پایین

· مقاومت در برابر تغییرات ناگهانی دما

· مقاومت در برابر امواج مغناطیسی، رادیویی و تشعشعات یونی

· وزن بسیار کم.

 

9-2- کاربردهای پزشکی
کاربردهای پزشکی آئروژل‌ها به چهار دسته دارورسانی (drug delivery)، دستگاه‌های مورد استفاده در ایمپلنت‌های قلبی و عروقی (cardiovascular implantable devices)، زیرلایه‌های به‌کار رفته در مهندسی بافت (tissue engineering substrates) و کاربردهای مرتبط با التیام زخم (wound care applications) تقسیم‌بندی می‌شوند.

در کاربردهای دارورسانی از آئروژل‌های معدنی، آلی و هیبریدی استفاده می‌شود. سیلیکا آئروژل، متداول‌ترین آئروژل معدنی مورد استفاده در دارورسانی است. شکل 5 تصویر SEM سیلیکا آئروژل مورد استفاده در دارورسانی را نشان می‌دهد.

 

شکل 5- تصویر SEM سیلیکا آئروژل مورد استفاده در دارورسانی.

 

خواص مورفولوژیکی و ریزساختاری این آئروژل مانند دانسیته، اندازه حفره و مساحت ویژه سطح آن (1000-500 متر مربع بر گرم) نقش مهمی در کارآیی آن در دارورسانی ایفا می‌کنند. با این وجود، عیب اصلی سیلیکا آئروژل زیست‌تخریب‌پذیری (biodegradability) ضعیف آن است. استفاده از آئروژل‌های آلی یک راه‌حل مناسب برای افزایش زیست‌تخریب‌پذیری آئروژل‌ها است. هم‌چنین، سایر خواص این آئروژل‌ها مشابه با سیلیکا آئروژل است. رزورسینول-فرمالدهید، پلی‌ساکارید (polysaccharide) و سیلک فیبرون (silk fibroin) از جمله آئروژل‌های آلی به‌کار رفته در دارورسانی هستند. استفاده از آئروژل‌های هیبریدی که متشکل از ترکیبات آلی و معدنی هستند، باعث ایجاد خواص فیزیکی و مکانیکی عالی و شگفت‌انگیز می‌شود. این آئروژل‌ها به‌طور هم‌زمان هم مساحت سطح بزرگ ناشی از حضور ترکیبات معدنی و هم زیست‌تخریب‌پذیری بالا به‌دلیل وجود ترکیبات آلی دارند. آئروژل سیلیکا-پلی(اتیلن گلیکول) یک آئروژل هیبریدی به‌کار رفته در دارورسانی است.

 

10-2- سایر کاربردها
علاوه بر کاربردهای اشاره شده در قسمت‌های قبلی، از آئروژل‌ها به‌طور موفقیت‌آمیزی در صنایع نیمه‌رسانا‌ها، حسگرها و ذخیره‌کننده‌های انرژی استفاده می‌شود. آئروژل‌ها در پزشکی، کشاورزی، و کاربردهای مرتبط با محیط زیست مانند تصفیه آب به‌کار می‌روند. هم‌چنین از این نانومواد در کاربردهای ساختمانی به عنوان ضربه‌گیر به استفاده می‌شود.

 

نتیجه‌گیری
به‌طور کلی، آئروژل یک ماده بسیار سبک متخلخل است که از یک ژل مشتق می‌شود. در سنتز آئروژل، فاز مایع ژل با گاز (هوا) جایگزین می‌شود که در نتیجه آن، یک ماده با دانسیته و هدایت حرارتی پایین تولید می‌شود. در این مقاله به بررسی کاربردهای مختلف آئروژل‌ها پرداخته شد. گفته شد که استفاده از آئروژل‌ها به‌عنوان عایق‌های حرارتی و صوتی از اصلی‌ترین کاربردهای آن‌ها به‌شمار می‌رود. آئروژل‌ به‌عنوان بهترین ماده عایق حرارتی شناخته می‌شود. اشاره شد که دلیل اصلی هدایت حرارتی کم این نانومواد، ساختار متخلخل آن‌ها است؛ به‌طوری‌که تخلخل‌های موجود در ساختار آن‌ها مانع سیلان پیوسته و مناسب حرارت می‌شود. گفته شد که مقدار انتقال صوت در آئروژل‌ها بستگی به دانسیته، بافت ماده اولیه و نوع گاز درون شبکه‌ آن‌ها دارد و از آن‌ها به‌عنوان عایق‌های صوتی هم در مصارف خانگی و هم در مصارف صنعتی استفاده می‌شود. تأکید شد که با افزایش همگنی، شفافیت آئروژل‌ها افزایش یافته و در کاربردهای اپتیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. کاربردهای الکتریکی آئروژل‌ها مانند باتری‌ها، الکترودهای خازن و مواد دی‌الکتریک مورد مطالعه قرار گرفت. گفته شد که در شرایطی‌ که نیاز به ارتباط گسترده بین مواد فعال وجود دارد، آئروژل‌ها می‌توانند مانند یک هدایت‌کننده در انتقال مواد مختلف عمل ‌کنند. به‌دلیل مقاوم بودن آئروژل‌ها در برابر فشار موئینگی، از آن‌ها برای نگهداری یا حمل مایعات پرخطر مانند سوخت موشک‌ها استفاده می‌شود. تأکید شد که آئروژل‌ها به‌دلیل مساحت بالای خود، یک کاتالیست مناسب به‌شمار می‌روند. با استفاده از این نانومواد تعداد مکان‌های فعال برای انجام واکنش‌ها افزایش می‌یابد. اشاره شد که آئروژل‌ها فقط به‌عنوان کاتالیست سوخت کاربرد ندارند و از آن‌ها به‌عنوان کاتالیست‌های زیستی هم استفاده می‌شود. گفته شد که پوشش‌های آئروژلی در صنایع متنوعی مانند الکترونیک، حسگرها، کاتالیزور و مهندسی پزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. هم‌چنین، از آئروژل‌ها در مواد لومینسانس‌کننده و جمع‌آوری غبارهای کهکشانی استفاده می‌شود. در نهایت به کاربردهای پزشکی آئروژل‌ها اشاره شد و اشاره شد که در کاربردهای دارورسانی از آئروژل‌های معدنی، آلی و هیبریدی استفاده می‌شود.

 

پیوست‌ها

پیوست 1

اکی‌والان یا هم‌ارز (equivalent) یکایی از بار الکتریکی است که در شیمی و زیست‌شناسی مورد استفاده قرار می‌گیرد. طبق تعریف، اکی‌والان برابر با تعداد مول‌های یک یون در یک محلول، ضرب‌در مقدار مطلق با آن است. به‌عنوان مثال، یک مول+Na برابر یک اکی‌والان است.

 

منابـــع و مراجــــع

Hrubesh, Lawrence W. "Aerogel applications." Journal of Non-Crystalline Solids 225 (1998): 335-342.

Schmidt, M., and F. Schwertfeger. "Applications for silica aerogel products." Journal of non-crystalline solids 225 (1998): 364-368.

Gurav, Jyoti L., In-Keun Jung, Hyung-Ho Park, Eul Son Kang, and Digambar Y. Nadargi. "Silica aerogel: synthesis and applications." Journal of Nanomaterials 2010 (2010): 23.

Jones, Steven M. "Aerogel: space exploration applications." Journal of Sol-Gel Science and Technology 40, no. 2-3 (2006): 351-357.

] Hrubesh, Lawrence W., and John F. Poco. "Thin aerogel films for optical, thermal, acoustic and electronic applications." Journal of non-crystalline solids 188, no. 1-2 (1995): 46-53.

Alnaief, M., S. Antonyuk, C. M. Hentzschel, C. S. Leopold, S. Heinrich, and I. Smirnova. "A novel process for coating of silica aerogel microspheres for controlled drug release applications." Microporous and Mesoporous Materials 160 (2012): 167-173.

Fesmire, James E. "Aerogel insulation systems for space launch applications." Cryogenics 46, no. 2-3 (2006): 111-117.

Stergar, Janja, and Uroš Maver. "Review of aerogel-based materials in biomedical applications." Journal of Sol-Gel Science and Technology 77, no. 3 (2016): 738-752.