Аэрогель

Аэрогели (от лат. aer — воздух и gelatus — замороженный) — класс материалов, представляющих собой гель, в котором жидкая фаза полностью замещена газообразной. Такие материалы обладают рекордно низкой плотностью и демонстрируют ряд уникальных свойств: твёрдость, прозрачность, жаропрочность и т.д. Распространены аэрогели на основе аморфного диоксида кремния, глинозёмов, а также оксидов хрома и олова. В начале 1990-х получены первые образцы аэрогеля на основе углерода.

Содержание

Структура

Аэрогели относятся к классу мезопористых материалов, в которых полости занимают не менее 50 % объема. Как правило этот процент достигает 90-99, а плотность составляет от 1 до 150 кг/м3. Аэрогели могут быть изготовлены из разных материалов, чаще всего это кварц, но используются и оксиды алюминия, органические и неорганические полимеры, углерод. По структуре аэрогели представляют собой древовидную сеть из объединенных в кластеры наночастиц размером 2-5 нм и пор размерами до 100 нм.

Свойства

На ощупь аэрогели напоминают легкую, но твердую пену, что-то вроде пенопласта. При сильной нагрузке аэрогель трескается, но в целом это весьма прочный материал, образец аэрогеля может выдержать нагрузку в 2000 раз больше собственного веса. Аэрогели — хорошие теплоизоляторы, в особенности кварцевые. Они также очень гигроскопичны.

По внешнему виду аэрогели полупрозрачны. За счет релеевского рассеяния на древовидных структурах они выглядят голубоватыми в отраженном свете и светло-желтыми в проходящем.

Виды аэрогелей

Наиболее распространенны кварцевые аэрогели, им принадлежит текущий рекорд по самой малой плотности у твердых тел — 1.9 кг/м3, в 500 раз меньше плотности воды. Кварцевые аэрогели пропускают солнечный свет, но сильно поглощают тепловое излучение. Благодаря этому, а также чрезвычайно низкой теплопроводности (0.003 Вт/(м*К)) они применяются в строительстве в качестве теплоизолирующих и теплоудерживающих материалов. Температура плавления кварцевого аэрогеля составляет 1200 °C.

Углеродные аэрогели состоят из наночастиц, ковалентно связанных друг с другом. Они электропроводны и используются в качестве электродов в конденсаторах. За счет очень большой площади внутренней поверхности (до 800 м2/грамм) углеродные аэрогели нашли применение в производстве суперконденсаторов (ru:Ионистор) емкостью в тысячи Фарад. В настоящее время достигнуты показатели в 104 Ф/грамм и 77 Ф/см3. Углеродные аэрогели отражают всего 0.3 % излучения в диапазоне от 0.25 до 14.3 мкм, что делает их эффективными поглотителями солнечного света.

Кремнеземные аэрогели из оксида алюминия с добавками других металлов используются как катализаторы. На базе алюмооксидных аэрогелей с добавками гадолиния и тербия в НАСА был разработан детектор высокоскоростных соударений: в месте столкновения частицы с поверхностью происходит флюоресценция, интенсивность которой зависит от скорости соударения.

Использование

Помимо многочисленных технических применений, обусловленных вышеперечисленными уникальными свойствами, аэрогель знаменит прежде всего использованием в проекте Стардаст в качестве материала для ловушек космической пыли.

В начале 2006 некоторые компании, например, United Nuclear, заявили о начале продаж аэрогеля организациям и частным лицам. В зависимости от размера и формы образца цена составляет от $25 (фрагменты) до $125 (кусочек, помещающийся на ладони).


Ссылки

 
Начальная страница  » 
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ы Э Ю Я
A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Home