Victalen,
termički metalurški štit ili vrsta aerogela
- smrznutog dima?

(izvor: članci s interneta)

Internetski izvori koji opisuju superbrze leteće diskove Hitlerovog trećeg carstva, spominju tvar koju su navodno otkrili vodeći SS-ovi znanstvenici početkom tridesetih godina dvadesetog stoljeća, pod nazivom: victalen (viktalen - smrznuti dim, plavi dim), a čija je svrha imala biti zaštita tih letećih diskova od pregrijavanja koja su nastajala pri velikim brzinama leta kroz atmosferu.

Najbliže opisanim svojstvima victalena bi mogao biti materijal, danas poznat pod nazivom aerogel.

Povijest aerogela je zanimljiva priča o izumu profesora Stevena Kistlera (1900.-1975.) s "College of the Pacific" u Stockton-u (California, SAD). On je je 1931. godine proučavao strukturu raznolikih želatinoznih tvari kako bi iz mase izdvojio vlažnu sastavnicu, a da uz to ne smanji njihovu čvrstoću. Poznato je da ako se gel isušuje uobičajenim načinima, opseg mu se smanjuje i struktura se raspada. Profesor Kistler je točno pretpostavio kako se isparavanjem tekućine stvara velika napetost površinskih sila koje uništavaju poroznu strukturu gela, pa se isušivanjem nikako ne može postići željeni rezultat. Došavši do tog zaključka približio se ključnom principu koji mu je ubrzo omogućio otkriće aerogela.

Kako bi proizveo aerogel, prof. Kistler je vodu morao nadomjestiti zrakom, ali tako da se površina tekućine ne povuče u gel. Ako se tekućina drži stalno pod većim tlakom nego što je pritisak pare i ako se stalno povećava temperatura, na kritičnoj temperaturnoj točki voda će se pretvoriti u plin, a da se pritom dva agregatna stanja - tekuće i plinovito, nikad ne pojave istodobno. Prvi Kistler-ovi gelovi bili su na bazi silicijeve kiseline, stvoreni kiselom kondenzacijom vodenog sodnog silikata. Usprkos razvijenoj teoriji, nastojanja da stvori aerogel pretvaranjem vode u superkritičnu tekućinu nisu uspjela. Umjesto da stvori silikatni aerogel, superkritična voda je topila silikat.

U to vrijeme je već bilo poznato kako se voda u vodenim gelovima može zamijeniti organskim tekućinama, pa je Kistler temeljem te spoznaje pokušao ponovo. Ovaj put je silikatni gel temeljito isprao vodom da bi uklonio sol, a onda je vodu nadomjestio alkoholom. Alkohol je zatim pretvorio u superkritičnu tekućinu, a kad je ispario, stvorio se prvi pravi aerogel. Novostvoreni materijal bio je proziran, niske gustoće, velike čvrstoće, visokoporozan i neobičnog izgleda, što je pobudilo izuzetno zanimanje u to vrijeme.

I sljedećih godina se Kistler bavio aerogelom, proizvodeći ga od raznih materijala - aluminija, volframova oksida, željeznog oksida, olovnog oksida, celuloze, celuloznog nitrata, pa čak i od bjelanjka i gume. No, osim ograničene primjene u kozmetičkoj industriji, aerogel je tri desetljeća uglavnom mirovao u laboratorijima.

Kasnih sedamdesetih godina se francuska vlada obratila znanstveniku Stanislausu Teichner-u na Sveučilistu "Claud Bernard" u Lyonu sa zadatkom da razvije način koji će omogućiti spremanje kisika i raketnog goriva u neki porozni materijal. Među znanstvenicima kruži priča kako je Teichner zadužio jednog svog postdiplomanta da se pozabavi aerogelovima i da ih prilagodi toj svrsi. No, ovome je za izradu malog uzorka pomoću Kistler-ova složenog postupka trebalo nekoliko tjedana, i kad mu je Teichner rekao kako za dovršenje zadatka, te ujedno i za svoj doktorat, mora pripremiti veliki broj uzoraka, što bi na taj način potrajalo godinama, isti je doživio slom živaca i napustio laboratorij. Ipak se nakon oporavka vratio poslu, odlučivši naći jednostavniji i kraći postupak stvaranja aerogela. Kistler-ov sodni silikat zamijenio je alkoksilenom (tetrametiortosilikat, TMOS), a hidroliziranje TMOS-a uvelike je skratilo proces. Dobiveni aerogel bio je izuzetne kvalitete i to je bio najveći pomak u razvoju te tehnologije.

Sljedećih godina Teichner-ova grupa primjenjivala je taj postupak na niz aerogelova od metalnih oksida. Nakon toga se sve više govorilo o aerogelu, a znanstvenike iz najrazličitijih područja zaintrigirala je mogućnost primjene tog novog materijala.

Inače, nije lako objasniti strukturu aerogelovih pora, jer za opisivanje njegove poroznosti ne može poslužiti nijedan dosad poznat način. Uobičajena klasifikacija materijala prema veličini pora glasi ovako: pore manjeg promjera od 2 nm zovu se mikropore, izmedu 2 i 50 nm su mesopore, a veće od 50 nm su makropore. Arogel ima pore veličina iz sve tri skupine. Druga važna osobitost aerogelove mreže pora je njihova otvorenost i međupovezanost. Za usporedbu, makroskopski primjer otvorenih pora je obična spužva, dok je plastika primjer zatvorenih pora. Plin ili tekućina ne mogu proći kroz zatvorene pore, a da ne slome njihov zid, dok kroz materijale otvorenih pora mogu teći od pore do pore, pa čak i proći kroz cijeli materijal.

Aerogel je izuzetno proziran zbog finoće mikrostrukture u usporedbi s valnom duljinom svjetla. Osjetljiv je i teško se obrađuje, no zasad su najveći problem visoki troškovi proizvodnje. Zato je glavna pozornost usmjerena na pronalaženje načina koje će smanjiti troškove i ubrzati proizvodni proces, što će omogućiti proširenu primjenu.

Osim u brojnim područjima znanosti i gospodarstva (metalurgija, graditeljstvo, elektronika, termozaštita...) aerogel ima vrlo značajnu ulogu i u NASA-inim svemirskim istraživanjima, jer je usprkos svojoj strukturi vrlo izdržljiv, dobro podnosi lansiranje i ekstremne uvjete u svemiru. U misiji "Stardust" poslužio je za prikupljanje i proučavanje uzoraka kometa i međuzvjezdane prašine. Kako se svemirske čestice kreću brzinom do devet puta većom od brzine puščanog zrna, do sada nije bilo medija koji ih može uloviti, a da se pritom zbog naglog zaustavljanja ne deformiraju, promijene kemijski sastav, ili se čak sasvim rasformiraju.

Spužvasta struktura aerogela se je pokazala kao sjajan medij za hvatanje i zaustavljanje čestica svemirskog podrijetla. Tijekom istraživačkog leta svemirske sonde "Sturdust", glavni instrument je oblikovan poput teniskog reketa s ugrađenim blokom aerogela. Površinom prednje strane je lovio čestice kometa, a ako bi naišao roj međuzvjezdane prašine, okrenuo se i hvatao čestice stražnjom stranom. Kad se čestica zabije u površinu ulazi u aerogel-masu, izdubljuje prolaz stožastog oblika, pa kako prolaz postaje sve uži, čestica postupno usporava i konačno se zaustavlja u masi. Kako je aerogel proziran, znanstvenici bi stereomikroskopom trebalo lako pronalaziti čestice.

Na kraju se u sklopu teme nameće pitanje, jesu li SS-ovi znanstvenici otprilike kad i profesor Steven Kistler (SAD) došli do otkrića materijala sličnih svojstava, ili se tu radi o nečemu potpuno drugom?

@stro;-)