L’aerogel è una miscela di un gas e di un solido, pertanto simile a un gel ove il liquido sia sostituito da un gas^[1]. Il risultato è una schiuma solida dalle molte proprietà particolari, la più importante delle quali è l’efficacia nell’isolare. È soprannominato fumo ghiacciato,^[2] fumo solido o fumo blu per la sua trasparenza; la sua superficie al tatto ricorda la gommapiuma, anche se non è altrettanto morbido.

L’aerogel fu creato per la prima volta da Steven Kistler nel 1931, come il risultato di una scommessa con Charles Learned: avrebbe vinto chi dei due per primo avesse sostituito il liquido con un gas in un gel ma senza causarne il collasso. Il primo risultato fu l’aerogel di silice. Per l’aerogel possono essere usati materiali molto diversi; il lavoro di Kistler portò ad aerogel basati su silicio, alluminio, cromo e stagno. Aerogel di carbonio furono sviluppati per la prima volta nel 1990

L’aerogel si presenta in modo simile a una schiuma leggera ma rigida. Nonostante quanto il loro nome possa suggerire, gli aerogel sono materiali secchi e piuttosto che somigliare a un classico gel le loro proprietà fisiche li rendono più simili a una nanoschiuma. Una leggera pressione sulla superficie di un aerogel tipicamente non lascia alcun segno; una pressione di maggiore entità lascerà invece un segno permanente. Una forte pressione può essere in grado di causare la distruzione dell’intera struttura, con una frantumazione simile a quella di un vetro; questa proprietà è definita friabilità. Nonostante esso sia soggetto a rottura, è un materiale dalla struttura molto resistente. Le sue impressionanti capacità di carico sono dovute alla sua microstruttura dendritica, nella quale particelle sferiche di dimensioni medie di 2-5 nm sono fuse insieme a formare un cluster. Questi cluster formano una struttura tridimensionale altamente porosa con catene a forma pressoché di frattale, con pori di dimensioni minori di 100 nm. La dimensione media e la densità dei pori può essere controllata durante il processo di produzione.

Gli aerogel sono eccezionali isolanti termici. Sono dei buoni inibitori convettivi perché l’aria non può circolare all’interno del reticolo. L’aerogel di silice è specialmente un buon isolante per la conduzione di calore grazie al fatto che la silice è uno scarso conduttore, d’altra parte un aerogel metallico avrà minori proprietà isolanti. L’aerogel di carbonio è un buon isolante dell’irraggiamento termico, in quanto il carbonio assorbe la luce infrarossa responsabile del trasferimento di calore. L’aerogel dalle maggiori proprietà isolanti è quello di silice addizionato di carbonio.

A causa della loro natura igroscopica, gli aerogel sono dei forti essiccanti. Coloro i quali si trovano a maneggiare un aerogel per lungo periodo di tempo dovrebbero indossare dei guanti onde evitare la formazione di fragili chiazze sulle proprie mani.

Dato che l’aerogel è costituito prevalentemente da aria, esso appare semitrasparente. Il colore è dovuto allo scattering Rayleigh delle lunghezze d’onda minori dello spettro visibile da parte della struttura dendritica nanometrica. Questo fenomeno è all’origine della colorazione azzurrognola assunta su uno sfondo scuro e di quella biancastra su uno sfondo luminoso.

Gli aerogel per loro natura sono idrofili, ma i trattamenti chimici possono renderli idrofobi. Se assorbono umidità possono andare incontro a modificazioni strutturali, come la contrazione e il deterioramento, ma rendendoli idrofobi è possibile prevenire questa degradazione. Gli aerogel con la parte interna resa idrofoba sono meno suscettibili alla degradazione rispetto a quelli in cui è stato reso idrofobo solamente lo strato più esterno, persino nel caso in cui una crepa ne penetri la superficie. Inoltre i trattamenti idrofobizzanti favoriscono le lavorazioni successive consentendo l’uso del taglio ad acqua.