Yumuşak bir madde olan jöle katı mı yoksa sıvı mıdır? 1930 yılında hem kimya mühendisi hem de akademisyen olan Samuel S. Kistler da bu soruyu sormuş ve anlamak için araştırmaya koyulmuştur. Kistler jölenin yapısını incelemek için çıktığı bu bilimsel yolculukta “en hafif katı” olarak kabul edilen aerojeli bulmuş ve 1931 senesinde araştırmalarını “Bağdaşık Genleştirilmiş Aerojeller ve Jöleler (Coherent Expanded Aerogels and ]ellies)” adlı makalesinde yayımlamıştır. Bu sayede de keşfini tüm bilim camiasına duyurmuştur.
Aerojel, hava anlamına gelen “air” ve jel kelimelerinin birleşmesiyle oluşmuş bir kelimedir. İsminden de anlaşılabileceği gibi içi hava ile dolu bir jeldir. Samuel Stephens Kistler, jölenin katı mı yoksa sıvı mı olduğunu araştırırken jölenin hem katı hem de sıvı özelliği gösterdiğini fark etmiştir. Araştırmalarının devamında jölenin böyle davranmasının sebebinin katı ve sıvı maddelerin karışımından oluşması olduğunu gözlemler. Ardından şu soruyu sorar:
"Jölenin içindeki katı yapıya zarar vermeden sıvı maddelerin yerini gaz ile doldursam ne olur?"
Aerojel üretiminin temel aşamaları: hammaddenin jel haline getirilmesi, jel halindeki maddenin içine gaz eklenerek bağ sayısının arttırılıp olgunlaştırılması ve bağ düzeninin devamını sağlayıp içindeki sıvıyı tamamen uzaklaştırmak için kurutulması aşamalarından meydana gelmektedir.
Aerojelin kimyasal yapısı, keşfedildikten sonra farklı yöntemlerle farklı çeşitleri üretilmeye başlanmıştır. Yapılması planlanan aerojel türünü başlangıç hammaddesi belirler. Bugüne kadar birçok çeşit aerojel üretilmiştir. Buna örnek olarak; tek bileşenli aerojeller, oksit aerojeller, silika aerojeller, reçine bazlı organik aerojeller, selüloz bazlı organik aerojeller, karbon aerojeller, kalkojenit aerojeller, karbür aerojeller, çoklu bileşimli aerojeller, gradyan aerojeller ve mikro/nano-aerojeller gösterilebilir.
Aerojelleri ilk tanımlayan Kistler, sıvı maddenin hava ile yer değiştirmesi sürecinden meydana gelen katı malzemeler olarak belirtmiştir. İlk aerojel çalışması silika esaslı aerojellerdir. Kistler, aerojel üretimi kapsamında oluşturduğu jelleri önceden atmosferik şartlarda kuruturken, sonrasında geliştirdiği süperkritik kurutma tekniği ile jellerin kurutma işlemini yapmıştır. Bu tekniği kullanmasıyla jelde kurutma esnasında oluşan buharların çıkışındaki olumsuz etkileri ortadan kaldırmıştır.
Aerojeli ilk defa keşfeden bilim insanı Samuel S. Kistler
Jellerin kurutma yöntemine bağlı olarak aerojel tozlarının özellikleri değişmektedir. Süperkritik kurutma sonucunda oluşan katı aerojellerdeki gözenek boyutu, jel yapısında olduğu gibi açık hava kabarcıkları bulundurmaktadır. Bu çalışmaların ardından Kistler, üniversitedeki görevinden ayrılıp özel bir şirkete geçmiştir ve burada aerojel üretime devam ederek 1940 senesinde ticari satışını yapmaya başlamıştır. Ürettiği aerojelleri diş macunu ve kozmetik endüstrisinin içinde ilave madde olarak kullanılmıştır. 1990 yılında da karbon aerojeller sentezlenmeye başlamış ve elde edilen aerojellerin kimyasal ve fiziksel özelliklerinin daha iyi olmasıyla beraber kullanım yeri açısından önemi artmıştır. 2011 yılında ABD’de yapılan çalışmada sentezlenen nikel aerojel son zamanın en hafif malzemesidir.
Ülkemizde de bor atıklarından aerojel üretimi gerçekleşmektedir. Dünya’daki bor rezervinin yaklaşık %75’inin Türkiye’de bulunduğu bilinmektedir. Borun elde edilmesi ve işlenmesi sırasında yılda 600.000 ton atık oluşmaktadır. Oluşan bu atıkları uygun biçimde değerlendirilirse ülke bütçesine olumlu katkı yapabileceği düşünülmektedir. Bu atıkların bir kısmı borun yeniden elde edilmesinde kullanılırken bir kısmı da jel haline getirilerek aerojel yapımında kullanılır.
