Propriétés mécaniques
Aérogels. Aspect matériau

1 - Propriétés optiques

• 1.1 - Transparence
  Figure 1 - Spectre de transmission de deux aérogels de 3 mm d’épaisseur, issus d’un même gel Figure 2 - Transmission UV – visible d’aérogels d’épaisseur 2,5 cm
• 1.2 - Indice de réfraction et dispersion
  Figure 3 - Évolution de la vitesse du son, mesurée dans l’air, d’un aérogel de très faible densité (5 × 10−3) en fonction de la pression résiduelle

2 - Propriétés mécaniques

• 2.1 - Propriétés acoustiques et vitesse du son
• 2.2 - Modules élastiques et contraintes de rupture
  Figure 4 - Module d’Young de deux séries d’aérogels (I et II) mesurés en flexion trois points pour des temps de vieillissement respectifs (de gauche à droite) : 1, 6, 10, 15 et 75 jours Figure 5 - Contrainte limite à la rupture en flexion pour deux séries d’échantillons (I et II) de temps de vieillissement croissants : 1, 6, 10, 15 et 75 jours Figure 6 - Module d’Young des aérogels neutres et basiques O en fonction de la masse volumique Figure 7 - Contrainte limite à la rupture en flexion d’aérogels neutres et basiques O en fonction de la masse volumique
• 2.3 - Ténacité et propagation subcritique de fissure
  Figure 8 - Ténacité des aérogels neutres et basiques O en fonction de la masse volumique Figure 9 - Vitesse de propagation de fissure vf en fonction du facteur d’intensité de contrainte pour un aérogel hydrophobe et pour un aérogel oxydé O

3 - Propriétés thermiques

• 3.1 - Techniques de mesure
• 3.2 - Conductivité thermique (solide, gaz, radiation)
  Figure 10 - Variation de la conductivité thermique solide en fonction de la masse volumique d’aérogels de silice (SiO2) et d’aérogels organiques de type RF ou de type MF Figure 11 - Influence de la pression sur la conductivité thermique d’aérogels de RF de masse volumique 185 kg/m3 à température ambiante Figure 12 - Variation de la conductivité thermique gazeuse d’aérogel de silice et de RF en fonction de la masse volumique (modèle proposé par L.W. Hrubesh et W. Pekala ) et comparaison avec des mesures expérimentales sur des aérogels de R/C (précurseur résorcinol/catalyseur) de 300 Figure 13 - Conductivité thermique calculé d’aérogels de silice avec un taux de charge en opacifiant (carbone) optimisé Tableau 2 Tableau 3
• 3.3 - Conductivité thermique des aérogels de silice et des aérogels organiques
  Figure 14 - Variation de la conductivité thermique d’aérogels organiques de type RF ou de type polyuréthane pour différentes conditions de synthèse à température ambiante et sous air Tableau 4

4 - Différentes techniques de traitement ou de mise en forme associées

• 4.1 - Pyrolyse des aérogels organiques
  Figure 15 - Évolution de la surface spécifique totale (Spt), mésoporeuse (Spm = Spt − Spµ) et microporeuse (Spµ) d’aérogels de carbone de type RF en fonction des conditions de synthèse R/C (rapport molaire entre le résorcinol (précurseur) et le catalyseur (Na2CO3)) Figure 16 - Contribution solide de la conductivité thermique (λs) et conductivité électrique d’aérogels de carbone de type RF pyrolysés à 1 050 ˚C Figure 17 - Conductivité thermique sous vide d’aérogels de carbone de différentes densités en fonction de la température
• 4.2 - Densification des aérogels
  Figure 18 - Augmentation de la masse volumique apparente ρa d’un aérogel traité à diverses températures Figure 19 - Évolution de la masse volumique apparente d’un aérogel en fonction de la température pour un temps de traitement thermique de durée égale à 10 min Figure 20 - Photographie d’un aérogel porté à des températures différentes Figure 21 - Exemple de moussage réalisé à 1 200 ˚C d’un aérogel dont la teneur en eau est de 3 000 ppm Figure 22 - Surface spécifique d’un échantillon d’aérogel ayant une densité initiale de 0,5 et porté pendant 15 minutes à la température considérée Figure 23 - Distribution poreuse en fonction de la densification pour un aérogel basique de densité initiale 0,35 Figure 24 - Distribution poreuse d’un aérogel obtenu en catalyse acide (A) et d’un aérogel obtenu en catalyse basique (B) densifiés par frittage jusqu’à une masse volumique apparente de 0,7 g/cm3 Figure 25 - Spectres de diffusion centrale des rayons X en fonction du vecteur d’onde pour une série d’aérogels neutres au cours d’un frittage réalisé à 1 000 ˚C avec des temps différents Figure 26 - Évolutions du module d’Young et du module de rupture en flexion d’aérogels densifiés par frittage Figure 27 - Variation relative du volume d’un aérogel sous l’effet d’une pression P isostatique Figure 28 - Densification assistée par la pression d’un aérogel de masse volumique apparente initiale égale à 0,35 g/cm3 Figure 29 - Distribution poreuse d’un même aérogel comprimé pour atteindre des densités mentionnées au-dessus des courbes Figure 30 - Spectres de diffusion centrale des rayons X d’aérogels présentant une géométrie fractale et densifiés jusqu’aux valeurs indiquées sur les courbes Figure 31 - Évolution du module de compression volumique K d’un aérogel de silice basique à faible teneur en hydroxyles de surface en fonction de la densification Tableau 5
• 4.3 - Mise en forme
  Figure 32 - Étapes d’usinage d’un aérogel de silice pour réaliser une sphère de diamètre final 500 µm