Dank ihrer flexiblen Siloxan- und Kohlenwasserstoffketten sind die hauchzarten Aerogele hochelastisch. Sie lassen sich biegen, rollen, verdrehen und in eine gewünschte Form zuschneiden. (Bild: GDCh)
Aerogele – hauchzarte Feststoffe, die fast nur aus luftgefüllten Poren bestehen – können aus den verschiedensten Materialien hergestellt werden, aber allen gemein ist ihre Brüchigkeit, die eine Bearbeitung, wie Schneiden, Bohren oder Fräsen, so gut wie unmöglich macht. Zudem ist der benötigte Trocknungsschritt meist eine kostenintensive Angelegenheit.
Die Wissenschaftler um Kazuki Nakanishe, Kazuyoshi Kanamori und Guoqing Zu von der Universität Kyoto (Japan) stellen jetzt eine neue Klasse außerordentlich elastische Aerogele vor. Sie basiert auf den Monomeren Vinyldimethylmethoxysilan und Vinylmethyldimethoxysilan,
Dank ihrer flexiblen Siloxan- und Kohlenwasserstoffketten sind die hauchzarten Strukturen hochelastisch. Sie lassen sich biegen, rollen, verdrehen und in eine gewünschte Form zuschneiden. Die dichter vernetzten Versionen weisen eine sehr hohe Wärmeisolation auf, die gängige Materialien wie Polyurethan-Schaum übertrifft.
Bei Berührung reversibel leitfähig
Die Forscher stellten außerdem Komposite der Polymere mit elektrisch leitfähigen Graphen-Nanoplättchen her. Unter Druck rücken die Graphen-Plättchen näher zusammen, dies erhöht reversibel die Leitfähigkeit. Mögliche Anwendungen könnten Touchpads elektronischer Geräte und anziehbare Elektronik sein.
Selektive Absorption von organischen Lösemitteln
Interessant ist zudem die selektive Absorption der Aerogele: Aus einer Hexan-Wasser-Mischung saugen sie selektiv das Hexan auf. Anschließend lässt es sich wie aus einem Schwamm ausdrücken oder verdampfen. Der Vorgang kann wiederholt werden, bis die Mischung vollständig getrennt ist. So könnten Lösungsmittel oder Öle, wie Aceton, Toluol, Mineralöl und Kerosin, abgetrennt werden, wenn sie beispielsweise bei einem Unfall in ein Gewässer gelangt sind.
Chemische Herstellung der elastischen Aerogele
Um elastische Aerogele herzustellen, werden die Monomere Vinyldimethylmethoxysilan und Vinylmethyldimethoxysilan zunächst in einer radikalischen Polymerisation über die Doppelbindungen ihrer Vinylgruppen zu Polymerketten verknüpft. Diese tragen Silicium-organische Seitenketten (Silane), die, je nach Monomer-Sorte, eine oder zwei Methoxygruppen (–OCH3) am Siliciumatom aufweisen. Über diese Gruppen kann im folgenden Schritt eine Quervernetzung erfolgen – je nach Monomer an einer oder zwei Stellen der Silan-Seitenkette. In einer Polykondensation entstehen dabei Siloxane als Brücken ( –Si–O–Si– ). Je nachdem, in welchem Verhältnis die beiden Monomere gemischt wurden, ist die entstehende Quervernetzung der Polymere (Polyvinylpolydimethylsiloxan-Polyvinylpolymethylsiloxan-Copolymere) dichter oder weniger dicht. In einer anschließenden kostengünstigen Druck- oder Gefriertrocknung entstehen Aerogele mit maßgeschneiderter Porosität. (dw)
