Anorganische Aerogele Vortrag zum Hauptseminar Modul AC V 22.01.2013 Eva Fürsattel.
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Anorganische Aerogele
Vortrag zum HauptseminarModul AC V22.01.2013
Eva Fürsattel
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Gliederung
1. Definition
2. Synthese
3. Anorganisch-organische Hybrid-Aerogele
4. Eigenschaften und Anwendungen
5. Quellen
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1. Definition - Aerogele
• Porenflüssigkeit des Gel gegen Luft ausgetauscht
• Erhalt der typischen Poren- und Netzwerkstruktur
- geringe Dichte
- große spezifische Oberfläche
- große offene Poren
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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
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2. Synthese – Sol-Gel-ProzessVariierbare Parameter
• pH-Wert (für SiO2-Aerogele)
▫ Hydrolyse:
Si(OR)4 + H2O Si(OR)3(OH) + ROH
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2. Synthese – Sol-Gel-ProzessVariierbare 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
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2. Synthese – Sol-Gel-ProzessPartikelwachstum und Ausbildung eines Netzwerks
pH abhängig
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2. Synthese – Sol-Gel-ProzessMetallalkoxide
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
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2. Synthese – Sol-Gel-ProzessAlterung• Erhöhung der Steifigkeit des Gels
Schrumpfung des Gels
Synärese
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2. Synthese – Sol-Gel-ProzessAlterung• Ostwald-Reifung
▫ Abtragung von Masse an
thermodynamisch ungünstigen
Stellen
▫ Kondensation an thermodynamisch
günstigeren Stellen
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2. Synthese – Sol-Gel-ProzessTrocknung
• Problem bei Trocknung an Luft: Schrumpfen des
Gels und Rißbildung
Kapillarkräfte müssen vermieden werden
überkritische Trocknung
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2. Synthese – Sol-Gel-ProzessTrocknung• Überkritische Trocknung
▫ Porenflüssigkeit wird oberhalb der kritischen Temperatur und des kritischen Drucks entfernt
keine Flüssigkeit-Gas-Grenzfläche keine Kapillarkräfte
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3. Anorganisch-organische Hybrid-Aerogele
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4. Eigenschaften und Anwendungen
•Wärmeleitfähigkeit
▫ Hohe Porosität (bis 99,8 %)
Sehr niedrige Wärmeleitfähigkeit
(0,012 Wm-1K-1)
Einsatz als Wärmeisolatoren
nicht entflammbar
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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
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