• Технологии

Аэрогель — самый легкий в мире материал из воздуха

разместил (а)

Аэрогель представляет собой самый легкий материал, содержащий 99,8% воздуха. Этот пористый элемент является отличным теплоизолятором. Он существует уже почти столетие, и ожидается, что к 2022 году мировой рынок аэрогелей достигнет 785,4 млн. долларов США.

Применение

В течение многих лет этот материал использовался НАСА в ряде исследований. Однако, как показывает практика, аэрогели имеют широкий спектр применений и в других областях. К примеру, он может быть использован в архитектуре и дизайне, но в настоящее время его пока там не применяют.

Кусок аэрогеля

История

Впервые аэрогель появился в 1931 году. Его открытие стало результатом пари между американским ученым Стивеном Кистлером и его коллегой Чарльзом, который хотел выяснить, можно ли удалить жидкость из геля, не влияя на его твердую структуру.

Гель представляет собой желеобразный мягкий материал, который состоит из жидкости и твердых частиц. Благодаря такой комбинации образуется трехмерная твердая структура, которая подобна скелету, имеющему небольшие поры, придающие гелю жесткость. Когда жидкость испаряется, скелет разрушается, т.к. твердая структура тает, и молекулы жидкости притягиваются друг к другу, окружая ее.

Материал из воздуха

Стивен Кистлер решил эту проблему, заменив воду на спирт. Затем он взял гель и поместил его в камеру давления, используемую для проведения промышленных процессов, требующих повышенной температуры и давления. Ученый нагревал гель до тех пор, пока жидкость внутри него не достигла так называемой «критической точки», когда она превращается в полужидкий полугаз. Это называется сверхкритической жидкостью.

После разгерметизации сосуда остается твердый скелет, который составляет всего 1% от массы геля. Теперь в порах больше нет жидкости, а только газ.

Производство

Аэрогели могут быть сделаны с использованием различных вещей, включая яйца, резину, нитроцеллюлозу и кремнезем, причем последние являются самыми легкими из возможных.

Капля

Благодаря наноразмерным порам аэрогель является отличным теплоизолятором, потому что ширина его пор меньше, чем расстояние, которое молекулы воздуха проходят в среднем перед столкновением с чем-либо. По сути, молекулам горячего воздуха слишком трудно распространяться сквозь такие отверстия. Это называется эффектом Кнудсена.

Аэрогели — прозрачный и хрупкий материал. Однако они имеют широкий спектр своего применения. Исследовательская группа из Китайского университета науки и технологии уже разработала простой метод изготовления сверхэластичных и устойчивых к ломкости твердых углеродных аэрогелей с нановолокнистыми сетчатыми структурами. Их метод использует резорцинформальдегидную смолу в качестве источника твердого углерода.

Установка

Технология аэрогеля также проложила путь для разработки других материалов, таких как воздушный сплав, который имеет легкую пористую структуру. Если ученым удастся снизить затраты и повысить долговечность, ничто не остановит архитекторов, решивших использовать его для регулирования температуры здания, или дизайнеров.

В то же время, аэрогелевые покрытия можно комбинировать с другими материалами, чтобы значительно улучшить их термоэлектрические свойства, повысить долговечность и производительность, выступая в качестве эффективного сублимационного барьера.

Материалы

НАСА уже десятилетиями применяет аэрогель к марсоходам для защиты своей электроники. Миссия stardust космической программы также использовала блок аэрогеля для мягкого улавливания высокоскоростных частиц кометы.

С помощью осиновых аэрогелей была сделана изоляция нефтепроводов, одежда для экстремальных погодных условий и защита от инфракрасного излучения для боевых вертолетов.

Наш канал

ИсточникDesignboom