Poreuze materialen

Piepschuim, filters, ZOAB, aerogel … Ze hebben allemaal één ding gemeen: naast ‘echt materiaal’ bestaan ze ook uit lege ruimte: kleine holtes of doorlopende kanalen – soms wel van de ene kant van het materiaal naar de andere. Met andere woorden: ze zijn poreus.

Voor de eigenschappen van een materiaal maakt het veel uit of er wel of geen poriën in zitten. Sterker nog: materialen als aerogel bestaan vrijwel helemaal uit holtes. Meer dan 95% van het volume in deze holtes bestaat uit lucht, en de rest is ‘glas’: siliciumdioxide bolletjes, enkele (tientallen) nanometers groot die een driedimensionaal netwerk vormen, en daarmee de randen van de holtes. Aerogelen vormen op deze kunstmatige manier één van de lichtste materialen die we kennen. Omdat zowel lucht als siliciumoxide een slechte warmtegeleider is, bezit het glasschuim een uitstekende warmte-isolatie. Bovendien: doordat de lucht opgesloten blijft in de talrijke ‘nanoholtes’ die niet met elkaar verbonden zijn, kan er ook geen warmte wegstromen in de vorm van stromende lucht. Waar je bij het woord ‘gel’ wellicht aan een stroperige vloeistof denkt, zijn aerogelen wel degelijk vaste stoffen. Piepschuim, de populaire naam voor geëxpandeerd polystyreen, heeft eigenlijk hetzelfde warmte-isolerende effect maar dan met holtes die veel groter zijn. Piepschuim kom je tegen als isolatiemateriaal binnen huizen.

Gesloten poriën zoals in aerogelen en piepschuim zijn niet verbonden met de buitenwereld, terwijl open poriën dat wel zijn. In het uiterste geval lopen de poriën door het hele materiaal heen, dus van het ene eind naar het andere. Filters of membranen maken hier gebruik van bij hun filterende werking. Ze kunnen kleine deeltjes (kleiner dan de poriegrootte) doorlaten terwijl ze grotere deeltjes tegenhouden.

Poreuze materialen tref je ook aan op plaatsen waar geluidsreductie nodig is. Straten die bedekt zijn met het poreuze ZOAB (zeer open asfaltbeton) zijn doorgaans stiller dan hun ‘dichte’ tegenhangers. Geluidsgolven – trillende luchtmoleculen – die poreuze materialen treffen worden hierin gedempt. Het grote inwendige oppervlak van het materiaal is hiervoor verantwoordelijk. Trillende luchtmoleculen aan de poriewand geven een deel van hun trillingsenergie af aan de wand, die hierdoor een heel klein beetje warmer wordt. Dit is een passieve manier van geluidsreductie, en die bestaat bijvoorbeeld naast actieve manieren die anti-geluid kunnen opwekken met piëzomaterialen als PZT en zo de netto hoeveelheid geluid verminderen.