エアロゲル

エアロゲルはゲルから得られる合成多孔質超軽量材料の一種で、ゲルの液体成分がガスに置き換えられているが、ゲル構造は著しく崩壊していない。^[2]その結果、密度が極めて低く^{[3] 、}熱伝導率が極めて低い固体が得られる。エアロゲルはさまざまな化合物から作ることができる。^[4]シリカエアロゲルは触ると脆い発泡スチロールのような感触で、一部のポリマーベースのエアロゲルは硬いフォームのような感触である。

エアロゲルは、超臨界乾燥または凍結乾燥によってゲルの液体成分を抽出することによって製造されます。これにより、従来の蒸発のように毛細管現象によってゲル内の固体マトリックスが崩壊することなく、液体をゆっくりと乾燥させることができます。最初のエアロゲルはシリカゲルから製造されました。キスラーのその後の研究は、アルミナ、クロミア、二酸化スズをベースにしたエアロゲルに関係していました。カーボンエアロゲルは1980年代後半に初めて開発されました。^[5]

エアロゲルの最初の記録例は、1931年にサミュエル・スティーブンス・キスラーによって作成されました^[6]。これは、チャールズ・ラーンドとの「ゼリー」内の液体を収縮を起こさずにガスに置き換えることができるかどうかの賭け^[7]の結果として作成されました^{[8] [9] 。}

名前にもかかわらず、エアロゲルは固体で硬く乾燥した材料であり、物理的特性はゲルに似ていません。名前は、エアロゲルがゲルから作られていることに由来しています。エアロゲルを軽く押すと、通常は小さな跡さえ残りませんが、強く押すと永久的なへこみが残ります。極端に強く押すと、疎構造が壊滅的に破壊され、ガラスのように砕け散ります (脆さと呼ばれる特性)。ただし、より新しいバリエーションではこの問題は発生しません。砕けやすいという事実にもかかわらず、構造的には非常に強力です。その優れた耐荷重能力は、平均サイズ 2～5  nmの球状粒子が融合してクラスターになった樹枝状微細構造によるものです。これらのクラスターは、ほぼフラクタルなチェーンの3 次元の高度に多孔質な構造を形成し、細孔は 100 nm 未満です。細孔の平均サイズと密度は、製造プロセス中に制御できます。

エアロゲル材料の空気含有量は体積比で50%から99.98%の範囲ですが、実際にはほとんどのエアロゲルの多孔度は90%から99.8%の間です。^[10]エアロゲルは気孔を含む多孔質の固体ネットワークを持ち、気孔が材料内の空間の大部分を占めています。^[11]

エアロゲルは、熱伝達の 3 つの方法のうち 2 つ、伝導 (主に絶縁ガスで構成されている) と対流 (微細構造により正味のガス移動が防止される) をほぼ無効化するため、優れた断熱材です。エアロゲルはほぼ完全にガスで構成されており、ガスは熱伝導率が非常に低いため、優れた伝導性断熱材です。(シリカ エアロゲルは、シリカも熱伝導率が低いため、特に優れた断熱材です。一方、金属または炭素エアロゲルは、それほど効果的ではありません。)空気が格子内を循環できないため、エアロゲルは対流を効果的に抑制します。エアロゲルは、赤外線(熱を伝達する) が通過する ため、放射断熱材としては劣ります。

エアロゲルは吸湿性があるため、乾燥した感じがして強力な乾燥剤として機能します。エアロゲルを長時間取り扱う人は、皮膚に乾燥した脆い斑点が現れないように手袋を着用する必要があります。

わずかに色が付いているのは、ナノサイズの樹枝状構造による可視光の短波長のレイリー散乱によるものです。これにより、暗い背景ではスモーキーブルーに見え、明るい背景では黄色がかって見えます。

エアロゲル自体は親水性であり、水分を吸収すると収縮などの構造変化を起こして劣化しますが、化学処理によって疎水性にすることで劣化を防ぐことができます。内部が疎水性のエアロゲルは、特に亀裂が表面を貫通した場合に、外側の疎水性層のみを持つエアロゲルよりも劣化しにくくなります。

エアロゲル構造はゾルゲル 重合によって生成され、モノマー（単純な分子）が他のモノマーと反応してゾル、つまり結合した架橋高分子とその間の液体溶液の堆積物からなる物質を形成する。材料が臨界加熱されると、液体は蒸発し、結合した架橋高分子のフレームが残る。重合と臨界加熱の結果、エアロゲルとして分類される多孔質の強固な構造を持つ材料が生成される。^[12]合成のバリエーションにより、エアロゲルの表面積と細孔サイズが変化する可能性がある。細孔サイズが小さいほど、エアロゲルは破損しやすくなる。^[13]

エアロゲルの多孔度を測定する方法はいくつかあります。主な 3 つの方法は、ガス吸着、水銀ポロシメトリー、および散乱法です。ガス吸着では、窒素が沸点でエアロゲル サンプルに吸着されます。吸着されるガスは、サンプル内の細孔のサイズと、飽和圧力に対するガスの部分圧に依存します。吸着されたガスの体積は、サンプルの比表面積を与える Brunauer、Emmit、および Teller の式 ( BET ) を使用して測定されます。吸着/脱着における高部分圧では、ケルビンの式によってサンプルの細孔サイズ分布が得られます。水銀ポロシメトリーでは、水銀をエアロゲルの多孔質システムに押し込んで細孔のサイズを測定しますが、この方法は、エアロゲルの固体フレームが高圧縮力によって崩壊するため、非常に非効率的です。散乱法では、エアロゲルサンプル内での放射線の角度依存的な偏向が行われます。サンプルは固体粒子または細孔です。放射線は材料に入り、エアロゲル細孔ネットワークのフラクタル形状を決定します。使用するのに最適な放射線の波長は、X線と中性子です。エアロゲルは開いた多孔質ネットワークでもあります。開いた多孔質ネットワークと閉じた多孔質ネットワークの違いは、開いたネットワークではガスが物質に出入りするのに制限がないのに対し、閉じた多孔質ネットワークではガスが材料内に閉じ込められ、細孔内にとどまるように強制されることです。^[14]シリカエアロゲルは多孔度と表面積が高いため、さまざまな環境ろ過用途に使用できます。

エアロゲルの熱伝導率は、その中に含まれるガスの熱伝導率よりも小さい場合があります。^{[15] [16]}これは、ガスを囲む空洞のサイズが平均自由行程に匹敵すると、ガスの熱伝導率が低下するクヌーセン効果によって発生します。実質的に、空洞はガス粒子の動きを制限し、対流を排除するだけでなく熱伝導率も低下させます。たとえば、空気の熱伝導率は、標準温度と圧力 (STP) で大きな容器内では約 25 mW·m ⁻¹ ·K ⁻¹ですが、直径 30 ナノメートルの細孔では約 5 mW·m ⁻¹ ·K ^{−1に低下します。 [17]}

エアロゲルには直径2～5nmの粒子が含まれています。エアロゲルを作成するプロセスの後、その表面には大量のヒドロキシル基が含まれます。エアロゲルを水に入れるとヒドロキシル基が強い反応を引き起こし、水中で壊滅的に溶解します。親水性エアロゲルを防水する方法の1つは、エアロゲルを何らかの化学塩基に浸して表面のヒドロキシル基（–OH）を非極性基（–O R）に置き換えることです。このプロセスは、Rが脂肪族基である場合に最も効果的です。^[18]

シリカエアロゲルの製造には、通常、^[19]ゾル-ゲル転移（ゲル化）、^[20]ネットワークの完成（熟成）、^[21]ゲル-エアロゲル転移（乾燥）という3つの異なるステップが含まれます。

シリカエアロゲルは、通常、ゾルゲル法を用いて合成される。ゾルゲル法の最初のステップは、「ゾル」と呼ばれる固体粒子のコロイド 懸濁液の作成である。前駆体は、エタノールなどの液体アルコールであり、テトラメトキシシラン（TMOS）、テトラエトキシシラン（TEOS）、ポリエトキシジシロキサン（PEDS）などのシリコンアルコキシドと混合される（以前の研究ではケイ酸ナトリウムが使用されていた）。 ^[22]シリカ溶液は触媒と混合され、加水分解反応中にゲル化して二酸化ケイ素の粒子が形成される。^{[23]酸化物懸濁液は}凝縮反応を起こし始め、分散したコロイド粒子を結合する金属酸化物ブリッジ（M–O–M、「オキソ」ブリッジ、またはM–OH–M、「オール」ブリッジ）が形成される。^[24]これらの反応は一般に反応速度が中程度に遅いため、処理速度を向上させるために酸性触媒または塩基性触媒のいずれかが使用される。塩基性触媒は、より透明なエアロゲルを生成し、乾燥プロセス中の収縮を最小限に抑え、乾燥中の細孔の崩壊を防ぐためにエアロゲルを強化する傾向がある。^[23]

材料によっては、コロイド分散液からゲルへの転移は架橋剤を添加しなくても起こります。^[25]他の材料では、ゲルを形成するために固体粒子の強い相互作用を促進するために、分散液に架橋剤が添加されます。^{[26] [27]}ゲル化時間は、前駆体溶液の化学組成、前駆体材料と添加剤の濃度、処理温度、pHなどのさまざまな要因に大きく依存します。^{[26] [28] [29] [30] [31]}多くの材料では、エアロゲルネットワークを強化するために、ゲル化後（つまり、ネットワークの完全性）に追加の硬化が必要になる場合があります。^{[26] [32] [33] [34] [35] [36]}

ゲル化が完了したら、シリカネットワークを囲む液体を慎重に除去し、エアロゲルをそのままの状態で空気と置き換えます。ゲルを乾燥させる際には、固体ネットワークの細孔内の表面張力を最小限にすることが重要です。これは通常、超臨界二酸化炭素(scCO ₂ ) を使用した超臨界流体抽出または凍結乾燥によって実現されます。このセクションでは、超臨界乾燥と凍結乾燥の処理戦略について簡単に説明し、比較します。

液体が自然な速度で蒸発するゲルはキセロゲル（つまりエアロゲルではない）として知られている。液体がこのように蒸発すると、液体と固体の界面の表面張力によって生じる力は、脆弱なゲルネットワークを破壊するのに十分である。その結果、キセロゲルは高い多孔度を達成できず、代わりに低い多孔度でピークに達し、乾燥後に大きな収縮を示す。^{[37]溶媒の遅い蒸発中に繊維が崩壊するのを防ぎ、液体と固体の界面の表面張力を下げるために、エアロゲルは凍結}乾燥によって形成することができる。繊維の濃度と材料を凍結する温度に応じて、最終的なエアロゲルの多孔度などの特性が影響を受ける。^[38]

1931年、キスラーは最初のエアロゲルを開発するために、直接的な相変化を避ける超臨界乾燥と呼ばれるプロセスを使用しました。 ^[39]温度と圧力を上昇させることで、彼は液体を超臨界流体状態に強制し、圧力を下げることでエアロゲル内の液体を瞬時にガス化して除去し、繊細な3次元ネットワークへの損傷を回避しました。これはエタノールでも行うことができますが、高温と高圧は危険な処理条件につながります。より安全な低温および低圧の方法は、溶媒交換です。これは通常、最初の水性細孔液をエタノールやアセトンなどのCO ₂混和性液体に交換し、次に液体二酸化炭素に交換し、二酸化炭素を臨界点以上にすることで行われます。^[40]このプロセスのバリエーションでは、エアロゲルを含む圧力容器に超臨界二酸化炭素を直接注入します。どちらのプロセスの結果でも、ゲルからの最初の液体が二酸化炭素と交換され、ゲル構造が崩壊したり体積が減少したりすることはありません。^[23]

超臨界乾燥では、エアロゲルの高多孔質ネットワークを維持しながらゲルを乾燥させるため、物質の臨界点を超えて起こる液体-気体転移を利用する。液体-気体相境界を越えないこの液体-気体転移を利用することで、液体の蒸発によって細孔内に生じる表面張力がなくなり、細孔の崩壊を防ぐことができる。^[41]加熱と加圧により、液体溶媒は臨界点に達し、その時点では液相と気相の区別がつかなくなる。この点を超えると、超臨界流体は等温減圧により気相に変換される。このプロセスにより、液体-気相境界を越えることなく相変化がもたらされる。この方法は、著しい収縮や亀裂を生じさせることなく、固体ネットワークの高多孔質特性を維持するのに優れていることが証明されている。超臨界乾燥エアロゲルの製造には他の流体も使用されていると報告されているが、scCO ₂は31 °Cおよび7.4 MPaと比較的穏やかな超臨界点を持つ最も一般的な物質である。また、CO ₂はメタノールやエタノールなどの他の流体と比較して、比較的無毒、不燃性、不活性、および費用対効果に優れている。^[42]エアロゲルを製造するための非常に効果的な方法であるが、超臨界乾燥には数日かかり、特殊な装置が必要であり、高圧操作のために重大な安全上の危険を伴う。

凍結乾燥は、フリーズキャスティングやアイステンプレート法とも呼ばれ、超臨界乾燥の高温高圧要件の代替手段を提供します。さらに、凍結乾燥では、凍結中の氷結晶の成長を制御することにより、固体構造の発達をより細かく制御できます。^{[43] [44] [45] [46]}この方法では、エアロゲル前駆体のコロイド分散液が凍結され、液体成分は、前駆体濃度、液体の種類、凍結温度、凍結容器などのさまざまな要因に応じてさまざまな形態に凍結します。^{[44] [45] [46]}この液体が凍結すると、固体前駆体分子は成長する結晶間の空間に押し込まれます。完全に凍結すると、凍結した液体は凍結乾燥によって昇華してガスになり、超臨界乾燥で観察されたように毛細管力の多くが除去されます。^{[47] [48]}一般的には「クライオゲル」に分類されますが、凍結乾燥法で製造されたエアロゲルは、収縮やひび割れが発生することが多く、不均質なエアロゲル骨格も生成されます。^[41]このため、凍結乾燥法はエアロゲル粉末の製造や複合エアロゲルの骨格としてよく使用されます。^{[49] [50] [51] [52] [53]}

レゾルシノール-ホルムアルデヒドエアロゲル（RFエアロゲル）は、シリカエアロゲルの製造と同様の方法で製造される。次に、このレゾルシノール-ホルムアルデヒドエアロゲルから不活性ガス雰囲気中で熱分解することにより炭素エアロゲルを製造でき、炭素のマトリックスが残る。^[54]得られた炭素エアロゲルは、固体形状、粉末、または複合紙の製造に使用できる。^[55]添加剤は、特定の用途での使用のためにエアロゲルの特定の特性を高めることに成功している。エアロゲル複合材料は、さまざまな連続および不連続強化材を使用して製造されている。ガラス繊維などの繊維の高アスペクト比は、大幅に改善された機械的特性を持つエアロゲル複合材料を強化するために使用されている。

シリカエアロゲルは最も一般的なエアロゲルであり、使用または研究されている主なタイプです。^{[39] [56]}シリカベースで、シリカゲルから、または改良ストーバー法によって生成できます。その半透明の性質と材料内での光の散乱方法により、凍った煙、^[57] 、固体の煙、固体の空気、固体の雲、青い煙などのニックネームが付けられています。最も密度の低いシリカナノフォームの重量は1,000 g/m ³で、^{[58]記録的なエアロゲルの1,900 g/m 3}の真空バージョンです。^[59]空気の密度は1,200 g/m ³です（20 °C、1 atm）。^[60]

シリカは3次元的に絡み合ったクラスターに固まり、体積のわずか3%を占める。そのため、固体を介した伝導は非常に低い。残りの97%の体積は、極めて小さなナノ細孔内の空気で構成されている。空気は移動する余地がほとんどなく、対流と気相伝導の両方を阻害する。^[61]

シリカエアロゲルは、約99％の高い光透過率と約1.05の低い屈折率も備えています。^[62]連続波領域での高出力入力ビームに対して非常に堅牢であり、沸騰や融解現象を示しません。^[63]この特性により、液体材料では通常アクセスできない領域での無秩序性の存在下での高強度非線形波を研究することができ、非線形光学の有望な材料となっています。

このエアロゲルは、非常に低い熱伝導率（大気圧下での 0.003  W ·m ⁻¹ · K ^{−1 [64]}から中程度の真空下での 0.004 W·m ⁻¹ · K ^{−1 [58]）}という優れた断熱特性を有し、これは厚さ 3.5 インチ（89 mm）で 14 ～ 105（米国慣用単位）または 3.0 ～ 22.2（メートル法）のR 値に相当します。比較すると、同じ厚さの一般的な壁断熱材は 13（米国慣用単位）または 2.7（メートル法）です。融点は 1,473 K（1,200 °C、2,192 °F）です。また、文献では実験的に製造されたモノリシックサンプルの伝導率がさらに低く、1 気圧で 0.009 W·m ⁻¹ · K ⁻¹に達することも報告されています。^[65]

2011年まで、シリカエアロゲルは最高の絶縁体や最低密度の固体など、ギネス世界記録に15の材料特性で登録されていたが、 2012年にさらに軽い材料であるエアログラファイト^[66]、2013年にエアログラフェン[67]によって後者のタイトルを奪われた。[ ^{68 ]}

カーボンエアロゲルは、ナノメートル単位の大きさの粒子が共有結合してできています。多孔度が非常に高く（50% 以上、細孔径 100 nm 未満）、表面積は 400 ～ 1,000 m ^{2 /g です。カーボンエアロゲルは、多くの場合、複合紙（}カーボンファイバー製の不織布紙にレゾルシノール–ホルムアルデヒドエアロゲルを含浸させ、熱分解したもの）として製造されます。密度によっては、カーボンエアロゲルが導電性になる場合があり、複合エアロゲル紙はコンデンサーの電極や脱イオン電極に便利です。カーボンエアロゲルは表面積が極めて大きいため、 104 F/g および 77 F/cm ³の静電容量密度に基づいて、その値は数千ファラッドに達するスーパーキャパシターの作成に使用されます。カーボンエアロゲルは赤外線スペクトルでも極めて「黒」で、250 nm から 14.3 μm の間の放射線をわずか 0.3% しか反射しないため、太陽エネルギー収集装置として効率的です。

特定の化学蒸着技術によって生成されるカーボンナノチューブの空気塊を表す「エアロゲル」という用語は誤りです。このような材料は、ケブラーよりも強度が高く、独自の電気特性を持つ繊維に紡ぐことができます。ただし、これらの材料はモノリシックな内部構造を持たず、エアロゲルの特徴である規則的な細孔構造も持っていないため、エアロゲルではありません。

金属酸化物エアロゲルは、さまざまな化学反応/変換の触媒として、または他の材料の前駆体として使用されます。

酸化アルミニウムで作られたエアロゲルは、アルミナエアロゲルとして知られています。これらのエアロゲルは、特にアルミニウム以外の金属で「ドープ」されている場合に、触媒として使用されます。ニッケルとアルミナのエアロゲルの組み合わせが最も一般的なものです。NASA は、超高速粒子を捕獲するためにアルミナエアロゲルの使用も検討しています。ガドリニウムとテルビウムをドープした配合物は、粒子の衝突部位で蛍光を発する可能性がありますが、蛍光の量は衝突エネルギーに依存します。

シリカエアロゲルと金属酸化物エアロゲルの最も顕著な違いの一つは、金属酸化物エアロゲルは様々な色をしていることが多いことである。^[69]

有機ポリマーはエアロゲルの作成に使用できます。SEAgelは寒天で作られています。AeroZeroフィルムはポリイミドで作られています。植物由来のセルロースは柔軟なエアロゲルの作成に使用できます。^[70]

GraPhage13は、酸化グラフェンとM13バクテリオファージを使用して組み立てられた最初のグラフェンベースのエアロゲルです。^[71]

カルコゲルは、硫黄、セレン、その他の元素などのカルコゲン（周期表で酸素から始まる元素の列）で作られたエアロゲルです。 ^[72]その製造には白金よりも安価な金属が使用されています。

多孔質3Dネットワーク内のセレン化カドミウム 量子ドットで作られたエアロゲルは、半導体産業で使用するために開発されました。 ^[73]

エアロゲルの性能は、ドーパント、強化構造、ハイブリッド化合物の添加によって特定の用途に合わせて強化される可能性がある。例えば、スペースロフトは、エアロゲルとある種の繊維質の詰め物との複合材料である。^[74]

食品廃棄物（ホエー）由来のアミロイド線維は、電子廃棄物から金を抽出するためのAFエアロゲルに使用できる可能性がある。^[75]

• 
  エアロゲルブロックを使用した「スターダスト」集塵機。(NASA)
• 
  「スターダスト」のエアロゲルブロックに捕らえられた宇宙塵。(NASA)
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  エアロゲルによる油の吸収。^[76] ( Scientific Reports )
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  髪の毛で支えられたエアロゲル。^[76] ( Scientific Reports )
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  クレヨンを包んだエアロゲルの下に炎が灯っており、優れた断熱性を発揮していることがわかります。(NASA)

エアロゲルはさまざまな用途に使用されます。

• 断熱材; 繊維強化シリカエアロゲル断熱ボードでは、従来の素材に比べて断熱材の厚さを約 50% 削減できます。このため、シリカエアロゲルボードは歴史的建造物の改修^[77]や密集した都市部への適用に適しています。^[78]他の例として、この目的でエアロゲルが粒状の形で天窓に追加されています。ジョージア工科大学の 2007 年のソーラーデカトロンハウスプロジェクトでは、半透明の屋根の断熱材としてエアロゲルを使用しました。^[79]
• 流出物を清掃するための化学吸着剤。 ^[80]シリカエアロゲルは濾過に使用できます。シリカエアロゲルは表面積が大きく、多孔性があり、超疎水性です。重金属の除去に使用できます。これは廃水処理に応用できます。^[81]
• 太陽放射と熱放射を効率的に利用するように設計された日中の放射冷却面として。エアロゲルは他の材料よりもコストが低く、環境への悪影響も少ない可能性がある。^{[82] [83]}
• 触媒または触媒担体。^{[62] [84]} [ ^6]
• シリカエアロゲルは、イメージングデバイス、光学機器、光ガイドなどに使用できます。^[62]
• 一部の塗料や化粧品に含まれる増粘剤。^{[85] [62] [86]}
• エネルギー吸収装置の部品として^[87]
• アメリカ合衆国国立点火施設（NIF）のレーザーターゲット。^[88]
• トランスデューサー、スピーカー、距離計のインピーダンス整合器に使用される材料。^[89]
• HindawiのJournal of Nanomaterialsによると、エアロゲルは衣類や毛布などのより柔軟な素材に使用されている。「エアロゲル『毛布』の商業生産は 2000 年頃に始まり、シリカエアロゲルと繊維強化材を組み合わせることで、脆いエアロゲルを耐久性のある柔軟な素材に変えています。製品の機械的特性と熱的特性は、複合材に含まれる強化繊維、エアロゲルマトリックス、不透明化添加剤の選択によって変化します。」^[62]
• シリカエアロゲルは宇宙塵としても知られる宇宙塵を捕獲するために使われてきた。 ^{[90] [91]} NASAは、スターダスト宇宙船に搭載された宇宙塵粒子を捕獲するためにエアロゲルを使用した。^[92]これらのエアロゲル集塵機は質量が非常に小さい。^{[93]粒子は固体との衝突で蒸発し、ガスを通過しますが、エアロゲルに捕獲することができます。NASAは}火星探査車の断熱材としてもエアロゲルを使用しました。^{[94] [95] [62]}
• 米海軍は、ダイバーの受動的な熱保護として下着にエアロゲルを使用することを検討した。^{[96] [ 62]同様に、エアロゲルはNASAによって}宇宙服の断熱材として使用されている。^{[97] [62]}
• 素粒子物理学では、KEKBのBelle実験で使用されたBelle検出器のACCシステムなど、チェレンコフ効果検出器の放射体として使用されます。^[98]エアロゲルの適合性は、その低い屈折率、気体と液体の間の隙間を埋めること、そしてその透明性と固体状態によって決まり、極低温液体や圧縮ガスよりも使いやすいものになります。 ^[99]
• レゾルシノール-ホルムアルデヒドエアロゲル（化学的にフェノールホルムアルデヒド樹脂に類似したポリマー）は、炭素エアロゲルの製造の前駆体として、または大きな表面積を持つ有機絶縁体が必要な場合に使用されます。^[100]
• 遷移金属イオンを含む溶液にハイドロゲルを浸み込ませ、ガンマ線を照射して金属エアロゲルナノ複合体を作製すると、金属ナノ粒子が沈殿する。このような複合体は、触媒、センサー、電磁シールド、廃棄物処理などに使用できる。白金担持炭素触媒の将来的な用途としては、燃料電池が挙げられる。^[101]
• 生体適合性による薬物送達システムとして。その高い表面積と多孔質構造により、薬物は超臨界COから吸着される。
  ₂薬剤の放出速度はエアロゲルの特性を変えることで調整できる。^[102]
• カーボンエアロゲルは、小型の電気化学二重層スーパーキャパシタの製造に使用されています。エアロゲルの表面積が大きいため、これらのキャパシタは、同様の定格の電解キャパシタの 1/2000 ～ 1/5000 のサイズにすることができます。^{[103] Hindawi の}Journal of Nanomaterialsによると、「エアロゲル スーパーキャパシタは、通常のスーパーキャパシタと比較してインピーダンスが非常に低く、非常に高いピーク電流を吸収または生成することができます。現在、このようなキャパシタは極性に敏感であり、約 2.75 Vを超える動作電圧が必要な場合は直列に配線する必要があります 。」^[62]
• ダンロップスポーツはテニスなどのスポーツ用ラケットの一部にエアロゲルを使用しています。 ^[104]
• 水の浄化において、カルコゲルは水から重金属汚染物質である水銀、鉛、カドミウムを吸収する効果が期待されています。^[105]エアロゲルは水から油を分離するために使用でき、例えば油流出への対応に使用できます。^{[106] [81] [76]}エアロゲルは水を消毒し、細菌を殺すために使用できます。^{[107] [108]}
• エアロゲルは超流動 ヘリウム3に無秩序性を導入する可能性がある。^[109]
• 航空機の除氷では、カーボンナノチューブエアロゲルを使用する新しい提案がある。細いフィラメントを巻き取り機で紡ぎ、10ミクロンの厚さのフィルムを作る。ジャンボジェットの翼を覆うのに必要な材料の量は80グラム（2.8オンス）である。エアロゲルヒーターは、氷の形成を防ぐために低電力で継続的にオンにしておくことができる。^[110]
• シボレーコルベット（C7）の断熱トランスミッショントンネル。^[111]
• CamelBakは保温スポーツボトルの断熱材としてエアロゲルを使用しています。^[112]
• 45ノースは、Sturmfist 5サイクリンググローブの手のひら部分の断熱材としてエアロゲルを使用しています。^[113]
• シリカエアロゲルは、窓や建築などの防音に使用することができます。 ^{[114] [115]}
• 米国の熱核弾頭に使用されている秘密組成の物質であるフォグバンクはエアロゲルである可能性が示唆されている。 ^[116]
• エアロゲルは慣性核融合（ICF）やX線レーザーターゲットに使用されています。^[117] ICFでは、エアロゲルは低密度ターゲット材料として使用され、核融合に必要な条件をシミュレートするのに役立つフォームターゲットを作成します。その低密度構造により、核融合燃料を正確に制御でき、レーザーエネルギーによる効率的な圧縮と加熱が容易になります。^{[118] [119]}

シリカベースのエアロゲルは発がん性や毒性があるとは知られていない。しかし、目、皮膚、呼吸器、消化器系に対して機械的刺激を与える。また、皮膚、目、粘膜の乾燥を引き起こすこともある。 ^[120]そのため、特に粉塵や微細な破片が発生する可能性がある場合には、裸のエアロゲルを取り扱う際や加工する際には、呼吸保護具、手袋、ゴーグルなどの保護具を着用することが推奨される。^[121]

• カーボンナノフォーム
• 霧の塊
• ナノゲル

 この記事には、Elizabeth Barrios、David Fox、Yuen Yee Li Sip、Ruginn Catarata、Jean E. Calderon、Nilab Azim、Sajia Afrin、Zeyang Zhang、Lei Zhai によるテキストが組み込まれており、CC BY 4.0 ライセンスの下で利用可能です。

さらに読む

ウィキメディア・コモンズには、エアロゲルに関連するメディアがあります。

• オープンソースエアロゲル
• LBL におけるエアロゲル研究: 研究室から市場へ、ジェフリー・カーン、1991 年夏、バークレー研究所 (ローレンス・バークレー国立研究所)