الجل أو الهلام الهوائي

الجل أو الهلام الهوائي aerogel  :

مادة شفافة مسامية منخفضة الكثافة تحتوي على الهواء بنسبة أكثر من 90% و تم فيها إستبدال المحتوى السائل للمادة بالغاز. وكانت النتيجة نشوء مادة ذات كثافة منخفضة جدا ذات خواص متعددة ، من أهم تلك الخصائص قدرتها الكبيرة على العزل الحراري. ويطلق عليها أيضا إسم الدخان المجمد , و الدخان السائل وذلك لطبيعتها الشبه شفافة ، ولها ملمس يشبه الرغاوي.تم إكتشاف المادة لأول مرة عن طريق ستيفن كستلر عام 1931 ، بعد رهان مع تشارلز ليرند حول إمكانية إستبدال المحتوى السائل في إناء من الفواكه المحفوظة ، بالغاز دون حدون إنكماش.

وبالرغم من أن اسمها ، الجـل الهوائي فهي جامدة ،وهى مادة جافة ولا تشبه الجيل في خصائصها الفيزيائية ، والاسم يأتي من حقيقة أنها مستمدة من المواد الهلامية. الضغط بهدوء على الجـل الهوائي عادة لا يترك أثرا ، وعندما تضغط بقوة أكبر سوف يترك أثر الضغط ظاهرا. ويكفي الضغط بقوة كى يؤدي إلى انهيار كارثي في بنية المادة الهلامية ، الامر الذي يؤدى الى تحطيم مثل خاصية الزجاج المعروف باسم تفتيت; وبالرغم من أن الأنواع الحديثة لاتعانى من تلك الظاهرة .

بالرغم من الحقيقة القائلة إنه عرضة للتحطم, إنها قوية جدا هيكليا. الحاملة لها قدرات رائعة ويرجع ذلك إلى بنيتها الحاملة القوية و يعبر عنها بالهيكل الميكروى ذى تغصنات (معدنية) , الذى فيه جزئيات كروية بحجم متوسط 2–5 نانومترا ،حيث تنصهر معا في مجموعات. هذه المجموعات تشكل بنية ثلاثية الأبعاد مسامية العالية من السلاسل فركتلية تقريبا ، مع المسام أقل بقليل من 100 نانومتر. فإن متوسط الحجم والكثافة المسامية يمكن السيطرة عليها أثناء عملية التصنيع. الجـل الهوائي هى عوازل حرارية جيدة لأنها تقوم بإلغاء ثلاث من النواقل الحرارية  (تيارات الحمل, التوصيل, و الإشعاع). تلك العوازل موصلة جيدة لأنها تتألف بشكل كامل تقريبا من الغاز, والغازات هى موصلات سيئة للغاية للحرارة.الجـل  الهوائي السيليكا جيد خاصة بسبب السيليكا التى هى أيضا موصل سيىء للحرارة (والجـل  الهوائي المعدني ، من ناحية أخرى ، سيكون أقل فعالية). هم مثبطات جيدة للحمل الحراري لأن الهواء لا يمكن تعميمها من خلال القنوات الشعرية. الجـل الهوائي الكربون هو عازل إشعاعي جيد بسبب أن الكربون يمتص الإشعاعات تحت الحمراء التى تساعد على التوصيل الحرارى عند درجات الحرارة الإعتيادية.

وبسبب طبيعته الاسترطابيية ،فإن الجـل الهوائي يبدو جافا ويعد مادة مجففة قوية. وينبغي للأشخاص الذين يتعاملون بالجـل الهوائي لفترات طويلة من ارتداء القفازات لمنع ظهور ظهور بقع جافة هشة على الجـلد.

وتعتبر إيروجل السيليكا هي أكثر الأنواع الشائعة من الهـلام الهوائي وأكثرها دراسة واستخدما. وهي مادة تعتمد في أساسها على السيليكا وتحضر من هلام السيليكا. وفي 18 نوفمبر 2011، أعلنت كأخف مادة في العالم، حيث تبلغ كثافتها 0.9 مليجرام لكل سنتيمتر مكعب.

استعمالات الجل أو الهلام الهوائي aerogel :

-على النطاق التجاري يستخدم الإيروجل كمادة عازلة للنوافذ.

-الجـل الهوائي السيليكا الشفاف يكون مناسبا جدا كمادة عازلة حرارية للنوافذ ، وتحد من الخسائر بشكل كبير للحرارة فى المباني. وبعد عدة جولات في Vomit Comet ، قد أظهرت إحدى البحوث [2] الفريق أن إنتاج الجـل الهوائي في بيئة إنعدام الوزن يمكن أن تنتج جزيئات بحجم أكثر اتساقا وتحد من تأثير Rayleigh scattering في الجـل الهوائي السيليكا ، مما يجعل الجـل  الهوائي أقل زرقة وأكثر شفافية.

-مساحة سطحها المرتفع تؤدي إلى العديد من التطبيقات ، مثل امتصاص المواد الكيميائية لتنظيف الانسكابات (انظر الامتزاز). هذه الميزة تعطي أيضا امكانية كبيرة لتكون حافزا أو عاملا محفزا.

-جزيئات الجـل الهوائي تستخدم أيضا كعامل مادة مثخنة فى بعض الدهانات و مستحضرات التجميل .

-ويمكن زيادة أداء الجـل الهوائي لتطبيقات معينة عن طريق إضافة dopants أى إضافة شوائب ، لتعزيز الهياكل وتخليق المركبات الهجين . وباستخدام هذا النهج ، فسوف تتسع التطبيقات لتلك الفئة من المواد زيادة كبيرة.

وقد بدأ الإنتاج التجاري من ‘بطانيات’ الجـل الهوائي في حوالي العام 2000. ‘بطانيات’ الجـل الهوائي هى مواد مركبة من الجل الهوائي السيليكا وتعزز بمادة ليفية التي تحول الجل الهوائي الهش في المادة ،إلى مادة دائمة المرونة. قد تكون لها خواص ميكانيكية وحرارية متنوعة للمنتج بناء على اختيار الأياف المعززة، إن مصفوفة الجل الهوائي ، والمواد المضافة المدرجة في المركب.

مركب ناسا يستخدم الجل الهوائي لإصطياد جزيئات الغبار الفضائى خارج على متن المركبة الفضائية  ستاردست (المركبة)  . الجسيمات تتبخر على إثر إصطدامها مع المواد الصلبة و تمر خلال الغازات ، ولكن يمكن محاصرتها و إصطيادها في الجل الهوائي. ناسا تستخدم أيضا الجل  الهوائي فى العزل الحرارى فى مركبة المريخ مارس روڤر و السترات الفضائية

– البحرية الأمريكية تجرى تقييما لملابس داخلية من الجل الهوائي للحفاظ على حرارة أجسام الغواصين .

– وتستخدم أيضا الجل الهوائي في فى فيزياء الجسيمات كمشعات في كواشف تأثير شيرينكوف ACC system فى غى نظام للكشف عن بيل ، المستخدمة في تجربة بيل في KEKB (معجل) ، هو مثال آخر لهذا الاستعمال.

– يتم تحديد مدى ملاءمة الجل الهوائي بتدني مؤشر الانكسار، وملء الفجوة بين الغازات والسوائل ، والشفافية ، والحالة الصلبة ، مما يجعلها أسهل استخداما من السوائل المبردة أو الغازات المضغوطة. كتلتها المنخفضة أيضا من الأشياءالمفيد للبعثات الفضائية.

– أيروچيل الفورمالديهايد و  ريسورسينول (البوليمرات المتماثلة كيميائيا لراتنجات الفينول فورمالدهايد) تستخدم في الغالب كمقدمات أو مؤشرات لتصنيع أيروچيل الكربون ، أو عندما يكون عازل عضوى ذى سطح متسع مرغوبا. حيث أنها تأتي كمادة عالية الكثافة , بمساحة السطح تساوى تقريبا600 م²/جرام.

يمكن إعداد المركبات النانوية للأيروچيل المعدني بواسطة تشريب الهيدروجيل مع محلول يحتوي على ايونات من المعادن النبيلة المناسبةأ و المعادن الانتقالية يتم حينئذ تطبيق أشعة جاما فوق الهيدروجيل المشرب، مما يؤدي إلى ترسب الجسيمات النانوية من المعدن. حيث يمكن استخدام هذه المركبات النانوية على سبيل المثال. عوامل محفزة ، وأجهزة الاستشعار ، و كدروع كهرومغناطيسية  ، والتخلص من النفايات. والاستخدام المحتمل لمحفزات البلاتين على اساس الكربون في خلايا الوقود .

ويمكن استخدام الجل الهوائي كنظام التسليم للأدوية نظرا للتوافق الحيوى. بسبب مساحتها العالية وبنيتها المسامية ، يمكن إدمصاص العقاقير من CO₂ فوق الحرج. ويمكن تكييف معدل إفراز العقاقير استنادا إلى خصائص الجل الهوائي.

الجل الهوائي الكربونى يستعمل فى تشييد طبقة صغيرة مزدوجة الكهروكيميائية من المكثفات الفائقة. نظرا لمساحة الجل الهوائي الكبيرة فيمكن لهذه المكثفات أن تكون من 2000 حتي 5000 مرة أصغر من التصنيف المماثل للمكثفاتالكهربائية. ويمكن لمكثفات الجل الهوائي الفائقة حيث أن لها مقاومة منخفضة جدا بالمقارنة مع المكثفات الفائقة الطبيعية ويمكن أن تمتص أو تنتج تيارات ذروة عالية جدا.

-شركة دنلوب أدرجت مؤخرا الجل الهوائي في قالب من سلسلة جديدة من مضارب التنس ، و قد استخدمت سابقا في الاسكواش والراكيت.

بوسترات (لوحات) كيميائية بدقة عالية (أكثر من 25 لوحة) من تصميم الأستاذ أكرم أمير العلي

بعض التطبيقات الكيميائية من تصميم الأستاذ أكرم امير العلي متوفر للجوالات التي تعمل بنظام أندرويد android على سوق جوجل بلاي google play

1 – تطبيق ملصقات كيميائية: ملصقات بتصميم جميل جدا للكواشف و الأدلة و الزجاجيات المستخدمة في المختبر و كذلك ملصقات و بطاقات لخزانات حفظ المواد و الأدوات الزجاجية .

https://play.google.com/store/apps/details?id=com.akramir

2 – إذا كنت تواجه صعوبة في تحضير المحاليل الكيميائية الأكثر شيوعا في مختبرات الكيمياء و الاحياء، فهذا التطبيق سوف يساعدك كثيرا في تحضير المحاليل :