Các nhà khoa học đã có thể tạo ra loại vật liệu siêu nhẹ, được mệnh danh là "đám mây rắn"

Aerogel là một loại vật liệu siêu nhẹ và xốp tổng hợp được tạo ra bằng cách thay thế thành phần lỏng của gel bằng khí, với cấu trúc gel hầu như vẫn còn nguyên vẹn. Vì vẻ ngoài khá đặc biệt, vật liệu này còn được gọi là "khói đông lạnh" hoặc "đám mây rắn".

Các nhà khoa học đã đưa ra hơn một chục công thức chế tạo aerogel, từ những công thức làm từ silica giống như polystyrene giãn nở dễ vỡ khi chạm vào, đến một số aerogel dựa trên polymer giống như bọt cứng. Mặc dù vậy, tất cả các loại gel siêu nhẹ này đều có chung một quy trình: trộn các hóa chất với nhau, để chúng lắng xuống thành một loại gel ướt, rồi hút hết chất lỏng bên trong. Kết quả là tạo ra một chất có tỷ trọng cực thấp với 99% là không khí.

Mặc dù vậy, một số loại aerogel tỏ ra cực nổi bật về độ nhẹ. Graphene Airgel, vật liệu nhẹ nhất thế giới, chỉ nặng 0,16 miligam trên centimet khối. Gần đây, nó đã thay thế aerographite, một loại aerogel siêu nhẹ khác đã được các nhà khoa học Đức nghiên cứu và nặng 0,2 miligam trên centimet khối. Các aerogel này có khả năng hút dầu tuyệt vời và do đó rất hữu ích khi làm sạch các vết dầu loang.

Để tạo ra một aerogel, thành phần chất lỏng của gel được loại bỏ thông qua quá trình làm khô siêu tới hạn hoặc làm khô đông lạnh, cho phép chất lỏng được làm khô từ từ mà không làm cho chất nền rắn trong gel sụp đổ do tác động của mao dẫn, như bay hơi thông thường.

Các aerogel đầu tiên được sản xuất từ gel silica, và ví dụ đầu tiên được ghi lại bằng tài liệu về aerogel được tạo ra bởi Samuel Stephens Kistler vào năm 1931. 

Sự ra đời của Aerogel bắt nguồn từ một câu chuyện được kể lại vào cuối những năm 1920, khi Samuel Kistler (1900-1975), giáo sư hóa học người mỹ đã đánh cược với đồng nghiệp của mình Charles Learned rằng "có tồn tại một loại gel không lỏng". Tất nhiên, không một ai tin điều ông nói là đúng. Vì đặc tính lỏng vốn là đặc tính cố hữu của gel được biết đến trong một thời gian dài trước đó.

Bằng sự kiên trì và quyết tâm của mình, sau nhiều thử nghiệm và gặp không ít thất bại, cuối cùng Kistler đã tìm ra một loại gel ở trạng thái khí (không phải trạng thái lỏng), một loại gel mới chưa từng được biết đến, thậm chí chưa một ai tưởng tưởng ra nó. Ông đã trở thành người đầu tiên thay thế được trạng thái lỏng của gel thành trạng thái khí, và đặt tên cho nó là "Aerogel". Năm 1931, ông đã công bố phát hiện của mình trong bài viết "Coherent Expanded Aerogels and Jellies", đăng trên tạp chí khoa học Nature.

Aerogel tạo ra chất cách điện tuyệt vời vì chúng gần như vô hiệu hóa hai trong ba phương pháp truyền nhiệt - dẫn (chúng hầu như được cấu tạo hoàn toàn bởi các chất khí cách nhiệt là chất dẫn nhiệt rất kém) và đối lưu (cấu trúc vi mô của chúng ngăn cản sự chuyển động của khí ròng). Aerogel thậm chí có thể có độ dẫn nhiệt nhỏ hơn độ dẫn nhiệt của chất khí mà chúng chứa - một hiện tượng được gọi là hiệu ứng Knudsen.

Tham khảo: Earthlymission; Nature; NASA