Acoustic Properties of Microporous SiO₂-Aerogel

Supercritically dried silica aerogel exhibits high transparency in the optical region and provides excellent thermal insulation, if evacuated. It thus is suitable as superinsulating spacer in evacuated window systems. The sound velocity in silica aerogel tiles as a function of aerogel density is derived from longitudinal ultra sound propagation. At the lowest densities available (ϱ≈K 70g/l) surprisingly small sound velocities of only about 120 m/s result. To our knowledge these are the smallest sound velocities ever reported for inorganic solid materials. The acoustic impedance for aerogel is in the range of 10⁴ … 10⁵ kg/m²s. Consequences for SiO₂-aerogel applications in acoustic delay lines, noise isolation systems, in acoustic λ/4-antireflection layers, and in window systems are discussed.

Zusammenfassung

Überkritisch getrocknetes Silikat-Aerogel weist im Sichtbaren hohe Transparenz auf, Infrarotstrahlung absorbiert es weitgehend. Außerdem ist die Festkörperwärmeleitfahigkeit des hochporösen Aerogel-Skelettes sehr gering. Daher eignet sich dieses Material als superisolierendes Füllmaterial für evakuierte Fenstersysteme. Die Schallgeschwindigkeit in Silikat-Aerogel wurde aus der Laufzeit von Ultraschallsignalen als Funktion der Dichte bestimmt. Bei den kleinsten verfügbaren Dichten (ϱ ≈ 70 g/1) ergeben sich überraschend kleine Schallgeschwindigkeiten um 120 m/s. Dies sind die niedrigsten Schallgeschwindigkeiten, die für anorganische Materialien je gemessen wurden. Die akustische ImpeSanz von Aerogel liegt im Bereich von 10⁴ bis 10⁵kg/(m² s). Folgerungen für den Einsatz von SiO₂-Aerogel in akustischen Verzögerungsleitungen, bei der Vibrations-Isolation, in reflexionsmindernden akustischen λ/4-Schichten und in Fenstersystemen werden diskutiert.

Sommaire

Un aérogel de silice qui a été soumis à dissication supercritique présente un haut degré de transparence en lumière visible mais absorbe intensément l'infrarouge. De plus sa conductibilité thermique est très faible. De ce fait ce matériau présente un haut intérêt dans l'emploi comme isolant de remplissage pour des systèmes sous vide avec fenêtres d'observation. On a déterminé la vitesse du son dans des briques d'aérogel en fonction de la densité du materiau. Pour la plus petite densité disponible (70 g/1) on a trouvé une vitesse de seulement 120 m/s, ce qui est sans doute la vitesse la plus faible qui ait jamais été mesurés dans un solide anorganique. L'impédance acoustique de ce type d'aérogel se situe entre 10⁴ et 10⁵ kg m⁻²s⁻¹. On discute des possibilités d'application de ces aérogels de silice dans les lignes à retard acoustiques, les systèmes d'isolation phonique, les couches antiréfiéchissantes en λ/4 et les systèmes à fenêtres.