Aerogel, Material Unik Multifungsi

Jika ingin mencari material unik yang sangat aplikatif, aerogel jawabnya. Bagaimana tidak, aerogel merupakan  bahan keramik yang sangat porous, transparan, dan secara kimia bersifat inert. Salah satu jenisnya yang banyak digunakan ialah aerogel silika. Aerogel silika memiliki struktur jaringan tiga dimensi SiO₂. Karakteristik aerogel silika tergolong cukup unik dalam ilmu material karena memiliki densitas yang paling rendah dibandingkan jenis silika  lainnya (0,004-0,5 g/cm³), konduktivitas termal rendah (<0,005 W/mK) dengan porositas tinggi (80-99%) dan luas permukaan yang cukup besar (500-1200m²/g), sehingga aerogel memiliki karakter padat, ringan dan tetap bisa disentuh namun mudah rapuh.

Aerogel merupakan material yang transparan karena transmisi optisnya yang tinggi (∼90%) dan indeks biasnya yang rendah (∼1.05). Karena memiliki kecepatan suara yang rendah (∼100 m/s) aerogel silika dapat digunakan sebagai sekat kedap suara. Sifat konduktivitas termalnya yang rendah (< 0.005 W/mK) dengan konstanta dielektrik rendah (∼2) membuat aerogel dapat diaplikasikan sebagai isolator. Sehingga tidak heran jika aerogel silika cukup banyak diaplikasikan dalam berbagai sektor industri, terutama sebagai isolator panas, katalis, adsorben, detektor Cerenkov, media dalam amobilisasi enzim, dan material dielektrik.

Tabel rincian aplikasi aerogel silika

Sifat	Keterangan Sifat	Aplikasi
Konduktivitas termal	-Isolator terbaik -Transparan -Tahan temperatur tinggi	isolator, pendingin portable, carrier material, tabung, kaca atas atau jendela
Densitas/Porositas	-Berupa padatan namun sangat ringan -Homogen -Luas permukaan spesifik tinggi	katalis, adsorben minyak, sensor, media penyimpanan bahan bakar (media penyimpan hidrogen)
Sifat optis	-Padatan dengan indeks bias rendah -Transparan	detektor Cerenkov, peralatan optik
Akustik	Kecepatan suara terendah	sekat kedap suara, penyetel impedansi pada transduser
Mekanik	-Elastis -Sangat ringan	penyerap energi (penyerap energi suara dan hidrogen)
Elektrik	-Konstanta dielektrik terendah, kekuatan dielektrik tinggi -Luas permukaan tinggi	dielektrik untuk IC komputer, elektroda vakum, kapasitor
Hidrofobik	-hidrofobisitas tinggi -lipofilik	nanomaterial pelapis kain antibasah penyerap minyak

Proses pembuatan aerogel silika dapat dilakukan melalui metode sol gel sebab memiliki beberapa keunggulan, yakni kemurnian produk tinggi dan suhu sintesis rendah. Prekursor sol gel yang sering digunakan pada beberapa penelitian ialah senyawa alkoksida, yakni TEOS (tetraetoksisilan) dan TMOS (tetrametoksisilan) serta prekursor larut air, seperti natrium silikat (Na₂SiO₃). Penggunaan prekursor hidrofilik natrium silikat lebih tidak berbahaya, efektif dan ekonomis dibandingkan TEOS dan TMOS. Garam natrium yang merupakan produk samping dari prekursor hidrofilik ini dapat dihilangkan melalui resin penukar ion.

Aerogel silika disintesis dengan mengeringkan gel SiO₂ dalam CO₂ superkritis dengan tujuan agar pelarut yang mengisi pori-pori gel dapat dikeluarkan tanpa merusak jaringan gel. Melalui metode pengeringan ini dibutuhkan temperatur dan tekanan yang tinggi untuk mencapai titik kritis, sehingga cukup berbahaya dan kurang efisien dalam segi biaya. Oleh karena itu perlu dikambangkan teknik pengeringan yang lebih sederhana dan aman, yakni melalui teknik ambient pressure dying/APD yang didahului proses pertukaran pelarut. Proses ini melibatkan modifikasi permukaan gel melalui hidrofobisiasi permukaan gel menggunakan agen sililasi TMCS (trimetilklorosilan). Melalui penambahan TMCS akan lebih mudah terbentuk aerogel yang bersifat hidrofobik karena adanya gugus besar trimetilsilane pada permukaan aerogel silika. Hal tersebut menyebabkan aerogel bersifat non polar dan tak dapat bereaksi dengan air. Sifat hidrofobisitas aerogel yang tinggi dapat diaplikasikan dalam berbagai keperluan, termasuk dalam pembuatan nanomaterial pelapis kain anti air.