سیلیکا ایروژل

در این مقاله قصد داریم به معرفی ایروژل بر پایه سیلیس پرداخته و بر کاربردهای آن مروری خواهیم داشت.

معرفی

سیلیکا ایروژل رایج ترین نوع ایروژل است  که در شکل مشاهده می کنید. به طور معمول سیلیکا ایروژل به “ایروژل” معروف است اگرچه انواع دیگری از ایروژل نیز وجود دارد. این ترکیب عمدتا از هوا تشکیل شده و به همین علت بسیار سبک می‌باشد. بگونه ‌ای که سبک‌ترین ماده ساخته شده توسط بشر همین ترکیب است.

تفاوت بین سیلیکا و سیلیکون

سیلیکا به اکسید سیلیکون اطلاق می شود که دارای فرمول تجربی SiO₂ است. سیلیکون یا سیلیسیوم (Silicon) یک فلز نیمه هادی است که در ریزتراشه ها استفاده می شود، در حالی که سیلیس یک ماده شیشه ای عایق است. این دو بسیار متفاوت هستند! ولی متأسفانه، گاها در رسانه‌ها (حتی در یکی از وب‌ سایت‌های ناسا!) به جای سیلیکا ایروژل از واژه «سیلیکون ایروژل» استفاده کرده اند، که عبارت بسیار نادرستی است. تا به امروز هیچ گزارشی از ایروژل های سیلیکونی منتشر نشده است، اما مطمئناً آنها مواد جالبی خواهند بود!

از سوی دیگر سیلیکون‌ها (Silicone) پلیمرهایی هستند که از سیلیکون و اکسیژن تشکیل شده اند و معمولاً حاوی کربن و هیدروژن نیز می باشند. آنها جامدات یا مایعات لاستیکی در دمای اتاق بوده و با سیلیس و سیلیکون بسیار متفاوت اند. به عنوان مثال می توان به ایمپلنت ها و لاستیک های مقاوم در برابر دما اشاره کرد .

نحوه تهیه سیلیکا ایروژل

مانند بسیاری از ایروژل های دیگر، سیلیکا ایروژل نیز از یک ژل تهیه می شود. از سیلیکاژل به عنوان پیش ماده بهره می گیرند که از طریق تعدادی از فرآیندهای شیمیایی سیلیکا ایروژل از این پیش ماده تهیه می شود. ذکر این نکته حائز اهمیت است که «سیلیکاژل» که در بسته‌های کوچک با علامت «خوردنی نیست» و معمولاً در بسته‌بندی‌های لوازم الکترونیکی مصرفی یافت می‌شود، در واقع گلوله‌های خشک سیلیکا است – شکل متراکم، خشک و جامد سیلیس که برای جذب رطوبت عرضه می شود اما ژل های سیلیکا که برای تهیه ایروژل های سیلیکا استفاده می شوند، ژل های مرطوب شبیه به دسر ژلاتینی از نظر قوام (اما کمی خردتر) هستند. ژل های سیلیکا از دو جزء تشکیل شده اند: یک چارچوب جامد مبتنی بر سیلیس نانو متخلخل که به ژل حالت سفتی و شکل جامد می دهد و جزء دوم مایعی که در منافذ چارچوب نفوذ می کند.

سیلیکا ایروژل با خروج مایع از چارچوب سیلیکاژل به طوری که حداقل 50٪ (اما معمولاً 90-99+٪) از حجم اصلی چارچوب ژل را حفظ کند  به دست می آید که این کار معمولاً با خشک کردن فوق بحرانی ژل انجام می‌شود، اما می‌تواند به روش‌های دیگری نیز انجام شود.

تهیه سیلیکاژل با استفاده از آلکوکسیدها

روشی که امروزه به طور رایج به منظور تهیه سیلیکاژل‌ استفاده می‌شود، واکنش سیلیکون آلکوکسید با آب در حلالی مانند اتانول یا استون و معمولاً در حضور کاتالیزور بازی، اسیدی و/یا حاوی فلوراید می باشد. در این روش، سیلیکون آلکوکسید (معمولاً تترا متوکسی سیلان یا تترااتوکسی سیلان) به عنوان منبع سیلیس و آب به عنوان یک واکنش دهنده برای کمک به اتصال مولکول های آلکوکسید به یکدیگر عمل می کند، و یک کاتالیزور (مانند آمونیوم هیدروکسید یا آمونیوم فلوراید) که به انجام واکنش کمک می کند. از آنجایی که سیلیکون آلکوکسیدها غالبا مایعات غیر قطبی هستند و با آب غیر قابل امتزاج اند؛ از اینرو از حلالی مانند اتانول یا استون، که هم با سیلیکون آلکوکسیدها و هم با آب قابل اختلاط است، بهره می گیرند تا یک فاز همگن به منظور انجام واکنش های شیمیایی بدست آید.

به طور کلی، این نوع از واکنش ها را می توان در دما و فشار محیط به سادگی با مخلوط کردن نسبت های صحیح مواد شیمیایی با هم انجام داد به طوریکه مواد به حالت مایع وارد واکنش شده و نهایتا محصول به صورت ژل تولید می شود. البته فرآیندهای مختلفی نیزوجود دارد که دارای مراحل پیچیده تری هستند که هر کدام مزایای خاص خود را دارند. درقسمت های بعدی توضیحی در مورد آنچه که هنگام واکنش سیلیکون آلکوکسید با آب در سطح مولکولی رخ می دهد، آورده شده است.

نکته‌ای در مورد سیلیکون آلکوکسیدها

همانطور که قبلا ذکر شد، متداول ترین نوع سیلیکون آلکوکسیدها که به منظور تهیه سیلیکاژل مورد استفاده قرار می گیرد، تترا متوکسی سیلان با نام اختصاری ” TMOS” و تترااتوکسی سیلان با نام اختصاری “TEOS” می باشند، که هر دو جزو مولکول های چهار وجهی و غیر قطبی هستند. TMOS یا به عبارتی تترامتیل ارتوسیلیکات “tetramethyl orthosilicate” که در آن ارتوسیلیکات “orthosilicate” همانSiO₄^4-  می باشد. به طور مشابه، TEOS را نیز می توان  تترا اتیل ارتوسیلیکات نامید. ذکر این موضوع بسیار حائز اهمیت است، چرا که اسامی این آلکوکسیدها توسط برخی از شرکت های شیمیایی به اشتباه به جای یکدیگر مورد استفاده قرار می گیرد . به منظور تهیه سیلیکاژل از دیگر آلکوکسیدها مانند متیل تری متوکسی سیلان (MTMS) نیز استفاده می شود.

نحوه تشکیل سل

هنگامی که یک آلکوکسید با آب واکنش می دهد، سه واکنش رخ می دهد که با انجام این واکنش ها نانوذرات سیلیس تشکیل می شود (که بعداً این نانوذرات به هم متصل شده و ژل را تشکیل می دهند). اولین واکنش هیدرولیز است که در آن یک سیلیکون آلکوکسید با آب واکنش داده و گروه های سیلانون (Si-OH) را تشکیل می دهد. سپس این گروه‌های سیلانول می‌توانند با یکدیگر یا با یک گروه آلکوکسید (Si-OR) واکنش دهند تا یک پل سیلوکسان (Si-O-Si) تشکیل دهند که در نتیجه دو مولکول به یک مولکول بزرگتر متصل می‌شود. هر اتم سیلیکون می تواند تا چهار پل سیلوکسان را تشکیل دهد (به یاد داشته باشید، سیلیکون چهار ظرفیتی است، بدین معنی که با تشکیل چهار پیوند شیمیایی دارای پایدارترین حالت است)، واینگونه به بسیاری از مولکول های کوچک اجازه می دهد تا به مولکول های بزرگتری که حاوی هزاران پل سیلیکون-اکسیژن هستند، متصل شوند. این شبکه بزرگ از پل‌های سیلیکون-اکسیژن، نانوذرات سیلیس نامیده می‌شوند که دارای قطری تقریباً در حد چند نانومتر هستند.

به طور کلی، ترکیب این نانوذرات را می توان با فرمول تجربی SiO₂ بیان کرد، اما به طور دقیق تر می توان از فرمول پلیمری (SiO₄)_n استفاده کرد ، که در واقع هر اتم سیلیکون با یک پیوند یگانه به چهاراتم اکسیژن متصل شده که خود به اتم های سیلیکون دیگر متصل می شود. با این حال، در حین تشکیل یک نانوذره سیلیس، هر اتم سیلیکون به تشکیل چهار پل سیلوکسان ختم نمی‌شود و در عوض به یک یا چند گروه هیدروکسیل (OH-) یا آلکوکسی (OR-) (که برای تشکیل پیوند سیلوکسان استفاده می شد) متصل می‌شود که این گروه‌ها «گروه‌های پایانی» نامیده می‌شوند و سطح نانوذرات را می‌پوشانند.

نحوه تشکیل ژل از سل

در برخی مواقع، نانوذرات به یک اندازه سایز بحرانی می‌رسند، به طوری که رشد آنها متوقف شده و با دیگر نانوذرات آگلومره می‌شوند. این مسئله به عوامل مختلفی مانند pH و غلظت گونه های دیگر در محلول بستگی دارد.

گروه‌های هیدروکسیل و آلکوکسی انتهایی روی سطح نانوذرات به نانوذرات اجازه می‌دهند تا به یکدیگر متصل شوند و زمانی که تعداد کافی از نانوذرات به یکدیگر متصل شوند به طوری که یک شبکه پیوسته از محلول مایع را بپوشاند، ژل تشکیل می شود. به طور معمول بسته به محلول مایع موجود در منافذ ژل ها نام های خاصی به ژل ها داده می شود. به طور مثال در تشکیل سیلیکاژل  که غالبا از نوعی الکل مانند متانول یا اتانول استفاده می شود، اصطلاح “سیلیکا آلکوژل” مرسوم است. از طرفی اگر محلول مایع موجود در منافذ ژل آب باشد از واژه “هیدروژل” استفاده می کنند.

بسته به شرایط محلول واکنش، ژل شدن ممکن است بلافاصله پس از تشکیل سل اتفاق بیفتد یا ممکن است نیاز به کاتالیزور، آب، دما یا زمان بیشتری داشته باشد. همچنین ممکن است افزودن این موارد باعث رسوب نانوذرات شده و به جای ژل، لجن سفید رنگی تشکیل شود. بنابراین، شیمی سیستم می تواند بسیار حساس باشد و با تغییر هر یک از عوامل ذکر شده تشکیل ژل از سل رخ ندهد.

در سراسر ایروژل و به ‌ویژه روی سطح پایه‌هایی که چارچوب اسفنج‌ مانند ایروژل را تشکیل می‌دهند، گروه‌های عاملی وجود دارد که در آنها یک اتم سیلیکون از پل سیلوکسان با اتم سیلیکون دیگر (یعنی یکی از چهار پیوند آن) مشترک نیست و در پیوند شبکه شرکت نمی کنند. اکثر این گروه‌های عاملی، گروه‌های هیدروکسیل (OH-) باقی مانده از هیدرولیز آلکوکسید هستند، و به ندرت جزو گروه‌های آلکوکسی هستند که هرگز هیدرولیز نشده‌اند یا پس از هیدرولیز اصلاح نشده‌اند (-OR، مانند متوکسی).

معایب روش آلکوکسید

اگرچه واکنش ژل شدن سیلیکون آلکوکسید از منظر شیمیایی بسیار ساده و ظریف است، معایبی نیز دارند. نکته اول، سیلیکون آلکوکسیدها و همچنین آلکوکسیدهای فلزات خطرناک هستند، چرا که استنشاق بخارات آنها باعث هیدرولیز و در نتیجه تشکیل نانوذرات در بافت‌های مرطوب مانند ریه‌ها و غشای بینی می‌شود. دوم، آلکوکسیدها بسیار گران هستند، زیرا تهیه آنها به چندین مرحله شیمیایی نیازدارد. در مورد سیلیکون آلکوکسیدها، تترااتوکسی سیلان اغلب به تترا متوکسی سیلان ارجحیت دارد، زیرا حدود چهار برابر ارزان تر است و با اینکه واکنش پذیری کمتری نسبت به تترا متوکسی سیلان دارد، اما خطر کمتری دارد (اما همچنان باید زیر یک هود واکنش انجام شود). از اینرو به منظور کاهش هزینه ها و خطرات احتمالی روش های دیگری جایگزین شده اند که در ادامه به معرفی آنها می پردازیم.

ژل آب شیشه یا واترگلاس: جایگزینی ارزان تر برای آلکوکسیدها

ژل های سیلیکا همچنین می توانند از طریق یک روش ارزان تر با استفاده از محلول آبی سدیم سیلیکات تولید شوند. سدیم سیلیکات یک جامد سفید رنگ ارزان قیمت است که دارای طیف وسیعی از استوکیومتری های محتمل با اسامی متفاوت مانند سدیم متاسیلیکات (Na₂SiO₃)، سدیم پلی سیلیکات (Na₂SiO₃)_n، سدیم ارتوسیلیکات (Na₄SiO₄)، و غیره می باشد. سدیم سیلیکات ها در آب محلول هستند و در حالت محلول به آن آب شیشه(waterglass)  یا شیشه مایع می گویند.

بر خلاف سیلیکون آلکوکسیدها، مولکول های سدیم سیلیکات در واکنش با آب با هم هیدرولیز و متراکم نمی شوند. با این حال، سدیم سیلیکات ها به خاطر خصلت بازی کمی که دارند، هنگامی که با اسیدهایی مانند اسید کلریدریک یا سولفوریک واکنش می دهند، هیدرولیز صورت می گیرد و گروه های سیلانول (Si-OH) تشکیل می شود. زمانی که گروه‌های سیلانول تشکیل شد، مولکول‌های سیلیکات با دیگر مولکول‌های سیلیکات پیوندهای سیلوکسانی ایجاد می‌کنند و با هم پل تشکیل می‌دهند و نانوذرات شکل می گیرد و در نهایت سل ایجاد می‌شود. سپس می توان از این سل همانند تکنیک تشکیل ژل با استفاده ازسیلیکون آلکوکسیدها برای ساخت ژل بهره گرفت. با این حال، در تکنیک واترگلاس، سل گاهی اوقات باید تا 50 درجه سانتیگراد یا بیشتر گرم شود تا ژل شدن در مدت زمان کوتاهی اتفاق بیفتد.

معایب تکنیک واترگلاس

تکنیک واترگلاس با اینکه ارزان تر و آسان تر از مسیر آلکوکسید می باشد، اما اغلب ژل های به دست آمده از این روش بسیار شکننده هستند و قبل از اینکه بتوان از آنها برای تهیه ایروژل استفاده کرد، نیاز به خالص سازی دارند (به بخش خالص‌سازی و پیرسازی ژل‌های سیلیسی مراجعه کنید). با این وجود، مقرون به صرفه بودن این روش منجر شده تا اکثر تولیدکنندگان تجاری مواد ایروژل به استفاده از واترگلاس راغب شوند.

ظاهر سیلیکاژل‌ها

سیلیکاژل های با کیفیت بالا، عموماً شفاف و بی رنگ هستند و اثر پراکندگی کمی دارند. ژل های متراکم (0.1-0.5 گرم بر سانتی مترمکعب) می توانند بسیار سفت و لاستیکی باشند به طوری که با ضربه زدن روی یک بشر حاوی ژل ارتعاشات الاستیک را در دست احساس کرد. ژل های با دانستیه کمتر (0.01-0.1 گرم بر سانتی مترمکعب) از نظر قوام بیشتر شبیه دسر ژلاتینی هستند، اما به خوبی خم نمی شوند. ژل های با دانسیته بسیار کم (0.001-0.01 گرم بر سانتی متر مکعب) بسیار ظریف هستند و از آنجایی که بسیار سبک و ظریف هستند نمی توانند بدون حضور قالب شکل ظاهری خود را حفظ کنند. همه ژل های سیلیکا در هنگام برش، شکسته یا خرد می شوند که شدت آن بسیار بیشتر از دسر ژلاتینی است.

سیلیکاژل های با کیفیت پایین، به رنگ سفید مات یا مات (نه کاملا شفاف) بوده و بسته به اینکه کیفیت تهیه آنها به چه میزان باشد، حالت دوغابی ناهمگن دارند. این ویژگی‌ها ناشی از هیدرولیز بیش از حد واکنش‌دهنده‌ها یا نانوذرات است که باعث می‌شود آنها به جای پیوستن به ذرات دیگر برای تشکیل یک چارچوب ژل، از محلول خارج شوند. ژل شدن همچنین می تواند به طور نامتوازن در سراسر ظرف رخ دهد و بخشی از ژل به خوبی شکل گیرد در حالی که بخش دیگر به صورت لجن یا حتی مایع باشد.

خالص‌سازی و پیر‌سازی سیلیکاژل‌ها

هنگامی که یک سیلیکاژل تشکیل می شود، مایع درون منافذ ژل معمولاً حاوی مقدار زیادی مواد غیر از حلال است. ژل های تولید شده از طریق تکنیک آلکوکسید حاوی الکل، آب، کاتالیزور و سایر ترکیبات آلی و ژل های تولید شده با روش واترگلاس حاوی یون های سدیم، اسید و مقدار زیادی آب هستند.  این ناخالصی ها (به ویژه آب و نمک های سدیم) که در هر یک از تکنیک های بکار رفته در منافذ ژل باقی می مانند و در پروسه خشک کردن ژل ها به صورت فوق بحرانی مانند حلال ها(CO₂، اتانول و غیره)  به راحتی از ژل خارج نمی شوند. این امر می تواند باعث کاهش شفافیت و استحکام مکانیکی، انقباض و/یا ترک خوردگی یکپارچه، و خروج گاز و/یا رطوبت باقیمانده پس از تهیه ایروژل گردد. ناخالصی ها در فرایند خشک کردن با روش هانت در حضور کربن دی اکسید نسبت به استخراج فوق بحرانی مستقیم یک حلال آلی (مانند متانول یا اتانول) اهمیت بیشتری دارند؛ چرا که کربن دی اکسید بسیار غیر قطبی است و آب یا نمک های سدیم را حتی در حالت فوق بحرانی خود نمی تواند به خوبی در خود حل کند. بنابراین، مایع باقی مانده درون ژل باید خالص سازی شود. این کار با غوطه ور کردن ژل درون یک حلال خالص، معمولاً یک حلال آلی مانند متانول، اتانول یا استون صورت می پذیرد. به محض اینکه ژل در حلال خالص غوطه ور شود، ناخالصی ها به بیرون از ژل نفوذ کرده و حلال خالص تا زمانی که به غلظت تعادلی از گونه ها برسد به داخل ژل نفوذ می کند. بسته به اندازه و شکل ژل، فرایند خالص سازی می تواند از ساعت ها تا چند روز طول بکشد. این فرایند با حلال تازه چندین بار تکرار می شود تا از حذف کامل ناخالصی ها از ژل اطمینان حاصل شود. در طی این فرآیند ، برخی از واکنش های شیمیایی نهایی که به تقویت چارچوب ساختاری ژل کمک می کند نیز ممکن است رخ دهد که این فرایند با عنوان پیرسازی ژل شناخته شده است. بعد از خالص سازی ژل می توان آن را از طریق خشک کردن فوق بحرانی یا خشک کردن زیر بحرانی به منظور تهیه سیلیکا ایروژل خشک کرد.

نامگذاری ژل‌ها

اغلب اوقات ژل هایی را می بینید که به آنها “الکوژل” یا “هیدروژل” گفته می شود. این نام ها در حقیقت بسته به مایعی که در منافذ ژل مورد نظر باقی مانده است، اشاره دارد. بنابراین الکوژل به ژلی که منافذ آن با الکل پر شده است گفته می شود و هیدروژل، ژلی است که در منافذ آن آب وجود دارد.

معمولاً عبارت “سیلیکا الکوژل” در مورد ژل های تهیه شده از طریق تکنیک آلکوکسید در حضور حلال الکلی و “سیلیکا هیدروژل” برای ژل های تهیه شده از طریق تکنیک واترگلاس با استفاده از آب استفاده می شود.

اما از آنجایی که می توانید به راحتی مایع را در یک ژل با مایع دیگری از طریق غوطه ور سازی تعویض کنید، پس با هر بار تعویض حلال، از نظر فنی بایستی نام ژل خود را تغییر دهید (مثلاً “کتوژل” اگر حلال را با استون و “کربنوژل” اگر حلال را با دی اکسید کربن مایع جایگزین کنید). از اینرو از واژه ژل برای ژل مرطوب استفاده می کنند که در حقیقت همان پیش ماده های ایروژل هستند. هم چنین بایستی به این نکته اشاره کرد که که “سیلیکاژل” اغلب در صنعت برای اشاره به ژل سیلیکا استفاده می شود.

ساختار سیلیکا ایروژل

چارچوب جامدی که ساختار اصلی سیلیکا ایروژل را شکل می دهد از نانوذرات سیلیس – اکسید سیلیکون، مانند شیشه، کوارتز یا ماسه تشکیل شده است (اگرچه این گونه از اشکال سیلیس اغلب دارای اجزای دیگری نیز هستند که با آنها مخلوط شده اند). نحوه اتصال این نانوذرات به یکدیگر برای تشکیل چارچوب ایروژل متفاوت بوده و به طور کلی متاثر از شیمی پیش سازهای ژل مورد استفاده برای تهیه ایروژل می باشد. سیلیکا ایروژلی که از طریق فرآیند سل-ژل آلکوکسید کاتالیز شده  با باز تهیه شده، نانوذرات اولیه سیلیس با قطر 2 تا 50 نانومتر به صورت ذرات ثانویه کروی به قطر 50 نانومتر -2 میکرومتر (2000 نانومتر) تجمع می‌یابند و همانند ساختاری شبیه “رشته مروارید” به یکدیگر متصل می شوند که در تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM) به وضوح قابل مشاهده است. اما در سیلیکا ایروژل‌هایی که از طریق فرآیند سل-ژل کاتالیز شده با اسید تهیه می‌شوند، تجمع ذرات اولیه کوچک‌تر به ذرات ثانویه کروی بزرگ‌تر مشاهده نمی شود و در عوض در مورفولوژی برگ مانند به یکدیگر متصل می‌شوند.

سیلیکا ایروژل و آب

همانطور که در بالا ذکر شد، سیلیکا ایروژل ها معمولاً حاوی تعداد زیادی گروه سیلانول (Si-OH) واکنش نداده در سطح خارجی ساختار خود هستند. وجود این گروه‌ها باعث آبدوست شدن سیلیکا ایروژل‌ها می شود، این بدین معنی است که به راحتی آب و بخار آب موجود در هوا را جذب می‌کنند. هنگامی که ایروژل آب را جذب می کند، آب درون نانوحفره های ساختارایروژل نفوذ می کند، که این  امر می تواند باعث کدر شدن ایروژل (از دست دادن شفافیت) و حتی جمع شدن و/یا ترک خوردن آن شود. این مسئله در مورد سایر حلال های قطبی نیز صدق می کند. از طرف دیگر، سیلیکا ایروژل ها مایعات غیر قطبی مانند بنزن، هگزان و بنزین را به طور موثری دفع می کنند.

سیلیکا ایروژل ها که با فرآیند هانت خشک می شوند، عموماً بسیار آبدوست هستند، مگر اینکه عملیات خاصی برای آب گریزی آنها صورت پذیرد که در زیر توضیح داده شده است. از سوی دیگر، سیلیکا ایروژل‌ها که با روش فوق بحرانی با استفاده از متانول در دمای بالا خشک می‌شوند، معمولاً آبگریز هستند. این به این دلیل است که در دماهای بالا متانول با گروه های سیلانول سطحی واکنش می دهد و گروه های متوکسی سیلانول را تشکیل می دهد (یعنی Si-OH تبدیل به Si-OCH₃ می شود). از آنجایی که آب نمی تواند با گروه های متوکسی مانند گروه های هیدروکسیل پیوند برقرار کند؛ چرا که گروه های هیدروکسیل قطبی تر از گروه های متوکسی هستند؛ در نتیجه، آب و دیگر حلال های قطبی به راحتی نمی توانند به منافذ ایروژل نفوذ کنند.

• روش آبگریز و عامل دار کردن سیلیکا ایروژل ها

سیلیکا ایروژل‌ها به ‌خاطر حضور گروه‌های سیلانول سطحی (Si-OH)،  به راحتی می توانند با گروه های عاملی مختلف عامل دار شوند. می توان گروه‌های سیلانول را به‌عنوان پریزهای برق مولکولی در نظر گرفت که قابلیت اتصال وسایل مولکولی مفید را دارند! در طی مراحل تشکیل یا خالص سازی سیلیکاژل (و حتی در هنگام خشک کردن فوق بحرانی)، مواد شیمیایی می توانند وارد منافذ ژل شوند و با گروه های سیلانول ژل واکنش داده و در نتیجه گروه های شیمیایی متفاوتی به سطح ژل متصل می شوند. هنگامی که ژل برای تهیه ایروژل خشک می شود، این گروه ها به اطراف می چسبند و سطح خارجی ساختاراصلی ایروژل به دست آمده را می پوشانند.

اینجاست که شیمیدان ها و دانشمندان مواد می توانند با کمی تغییرات ایروژل های هدفمندی تهیه کنند. به عنوان مثال اگر شما گروه های سیلانول را با یک گروه غیر قطبی، مانند تری متیل سیلیل -Si(CH₃)₃ جایگزین کنید، یک سیلیکا ایروژل آبگریز خواهید داشت! یا اگر فلوروفور اضافه کنید، باعث می‌شود سیلیکا ایروژل زیر یک لامپ نور UV بدرخشد! یکی دیگر از مثال‌های جالب، اتصال مولکول‌هایی است که وقتی در معرض اکسیژن قرار می‌گیرند، نور فلورسانس ساطع می کنند و در نتیجه سیلیکا ایروژل می‌تواند مانند یک حسگر اکسیژن عمل کند!

مشخصات ظاهری سیلیکا ایروژل

سیلیکا ایروژل با خلوص و کیفیت بالا همانطور که قبلا گفته شد بسیار شفاف است و به رنگ آبی دیده می شود که این رنگ ناشی از پراکندگی رایلی حاصل از طول موج‌های کوتاه نور ساطع شده از نانوذرات است که چارچوب ایروژل را تشکیل می‌دهند. در هنگام تماس با دست بسته به میزان دانستیه و قوام ممکن است حالت چسبندگی داشته باشد. در اینجا توصیفی از میزان چسبندگی ایروژل بر اساس دانسیته آنها آورده شده است که به شرح زیر است:

• دانسیته کم (0.001-0.01 گرم بر سانتی متر مکعب): حالت اسفنجی دارد و در هنگام فشرده شدن می شکند.
• دانسیته متوسط (0.01-0.1گرم بر سانتی متر مکعب): مشابه حالت اول، اما از نظر استحکام مکانیکی مانند برنج کریسپی و استایروفوم (Styrofoam).
• دانسیته بالا (0.1-0.5+ گرم بر سانتی متر مکعب): از نظر قوام تقریباً مانند بستنی فضانوردی که با روش خشک کردن انجمادی تهیه می شود اما ظاهری خشک دارد که شکستن آن شما را به یاد شکستن یک تکه شیشه یا اکریلیک می اندازد، اما شکستن آن بسیار آسان تر است.

چسبندگی در سیلیکا ایروژل‌ها به دلیل وجود گروه‌های سیلانول(Si-OH) برهم کنش نداده است  که در سطح خارجی ساختار ایروژل ها قرار دارند. در واقع گروه‌های هیدروکسیل با برقراری پیوندهای هیدروژنی ضعیف این چسبندگی را ایجاد می کنند.