Porenstruktur
Das Besondere an allen Aerogelen ist ihre Struktur: Wie Schwämme enthalten sie sehr viele Poren. In Aerogelen sind diese aber so klein, dass sie nicht mehr mit bloßem Auge sondern nur mit hochauflösenden Mikroskopen (z.B. Rasterelektronenmikroskopen) sichtbar sind. Durch diese besonders feine Porenstruktur haben Aerogele nicht nur eine äußere Oberfläche, sondern vor allem eine riesige innere Oberfläche. Könnte man wenige Gramm eines Aerogels auffalten und die Oberfläche aller Poren ausbreiten, wäre diese ungefähr so groß wie ein Fußballfeld!
Weil ihre Poren mit Luft gefüllt sind, haben Aerogele außerdem eine sehr geringe Dichte von bis zu 0,01 Gramm pro Kubikzentimeter und sind deswegen ultraleicht. Wenn du noch mehr über Poren wissen und eine Aufgabe dazu lösen möchtest, schau dir gerne den “Exkurs: Wissenswertes über Poren” an.
Wärmedämmung
Eine besonders wichtige Eigenschaft der Aerogele ist ihre extrem geringe Wärmeleitfähigkeit. Mit nur ca. 0,019 W/(m*K) ist diese noch geringer als die von Luft! In der Abbildung siehst du die Wärmeleitfähigkeiten verschiedener Materialien im Vergleich. Dabei gilt: um so geringer die Wärmeleitfähigkeit, desto dünner kann die Dämmschicht sein: Um eine Dämmwirkung von 0,25 W(m^2*K) zu erreichen, kann also zum Beispiel entweder eine 80 cm dicke Holzschicht verwendet werden oder eine nur 8 cm dicke Aerogel-Schicht.
Aber warum ist das so? Vereinfacht erklärt verfängt sich Wärme in den Poren eines Aerogels wie in einem Labyrinth und kann deswegen nur sehr schwer übertragen werden. Weil Aerogele eine besonders feine Porenstruktur haben, ist ihre Dämmwirkung im Vergleich zu anderen Materialien am höchsten. Deswegen eignen sie sich sehr gut als Dämmstoffe. Tatsächlich sind auch die meisten anderen Dämmstoffe wie Styropor und Mineralwolle porös, da ihre Poren aber größer sind ist ihre Wärmeleitfähigkeit höher. Wie genau der Wärmetransport in Dämmstoffen abläuft, lernst du im folgenden Rätsel!
Technischer Nutzen
Aus den Eigenschaften der Aerogele leiten sich verschiedene technische Anwendungen ab. Wofür ein Aerogel verwendet werden kann, hängt aber auch von den Ausgangsmaterialien ab. Guck dir hierzu den Beitrag Anwendungen von Aerogelen genauer an! Einige der Anwendungen kannst du dir schon selbst herleiten, löse dafür das folgende Rätsel: