Аэрогель


Аэрогель
Блок аэрогеля в руке
Кирпич массой 2,5 кг стоит на куске аэрогеля массой 2,38 г

Аэроге́ли (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, чрезвычайно низкую теплопроводность 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 % объёма. Как правило, этот процент достигает 90—99, а плотность составляет от 1 до 150 кг/м³. По структуре аэрогели представляют собой древовидную сеть из объединенных в кластеры наночастиц размером 2—5 нм и пор размерами до 100 нм.

История

Первенство в изобретении признано за химиком Стивеном Кистлером (Steven Kistler) из Тихоокеанского колледжа (College of the Pacific) в Стоктоне, Калифорния, США, опубликовавшего в 1931 году в журнале Nature свои результаты.

Кистлер заменял жидкость в геле на метанол, а потом нагревал гель под давлением до достижения критической температуры метанола (240 °C). Метанол уходил из геля, не уменьшаясь в объёме; соответственно, и гель «высыхал», почти не ужимаясь.

Свойства

Аэрогели — хорошие теплоизоляторы

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, в особенности кварцевые — хорошие теплоизоляторы. Они также очень гигроскопичны.

По внешнему виду аэрогели полупрозрачны. За счёт релеевского рассеяния света на древовидных структурах они выглядят голубоватыми в отражённом свете и светло-жёлтыми в проходящем.

Виды аэрогелей

Наиболее распространены кварцевые аэрогели, по плотности среди твердых тел они уступают лишь металлическим микрорешёткам чья плотность может достигать — 0,9 кг/м³, что на одну десятую меньше лучших показателей плотности аэрогелей — 1 кг/м³. В воздушной среде при нормальных условиях плотность такой металлической микрорешётки равна 1,9 кг/м³ за счёт внутрирешёточного воздуха. Это в 500 раз меньше плотности воды и всего в 1,5 раза больше плотности воздуха. Кварцевые аэрогели пропускают свет в мягком ультрафиолете и видимой области (с длиной волны больше 300 нм) и инфракрасном диапазоне, однако в инфракрасной области присутствуют типичные для кварца, получаемого обезвоживанием силикагелей, полосы гидроксила при 3500 см−1 и 1600 см−1[1]. Благодаря чрезвычайно низкой теплопроводности (~0,017 Вт/(м·К) в воздухе при атмосферном давлении),[2], меньшей, чем теплопроводность воздуха (0,024 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 могут использоваться в качестве электродов в конденсаторах. За счет очень большой площади внутренней поверхности (до 800 м²/грамм) углеродные аэрогели нашли применение в производстве суперконденсаторов (ионисторов) 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 длин волн от 0,25 до 14,3 мкм, что делает их эффективными поглотителями солнечного света.

Глинозёмные аэрогели из оксида алюминия с добавками других металлов используются в качестве катализаторов. 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

132 ячейки с аэрогелем аппарата Стардаст (NASA)

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

Поскольку показатель преломления аэрогелей занимает промежуточное положение между показателями преломления газообразных и жидких (твёрдых) веществ, аэрогель используется как радиатор в черенковских детекторах заряженных частиц.

Аэрогели могут использоваться в качестве газовых и жидкостных фильтров.

Аэрогель на основе оксида железа с алюминиевыми наночастицами может служить взрывчаткой (разработка Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса, США).

В начале 2006 некоторые компании, например, United Nuclear[3], 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).

См. также

Примечания

Ссылки


Wikimedia Foundation. 2010.

Синонимы:

Смотреть что такое "Аэрогель" в других словарях:

  • аэрогель — аэрогель …   Орфографический словарь-справочник

  • аэрогель — сущ., кол во синонимов: 1 • гель (12) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 …   Словарь синонимов

  • аэрогель — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN aerogel …   Справочник технического переводчика

  • аэрогель — Термин аэрогель Термин на английском aerogel Синонимы Аббревиатуры Связанные термины амбигель, золь гель процесс, гель, коллоидная система Определение Класс аморфных высокопористых материалов, имеющих объемную макроструктуру с характерным… …   Энциклопедический словарь нанотехнологий

  • аэрогель —  Aerogel  Аэрогель   Класс материалов, представляющих собой гель, в котором жидкая фаза полностью замещена газообразной. Благодаря этому такие материалы обладают рекордно низкой плотностью и демонстрируют уникальные свойства: прозрачность,… …   Толковый англо-русский словарь по нанотехнологии. - М.

  • аэрогель — aerogelis statusas T sritis chemija apibrėžtis Akytas, sausas metalų oksidų ar SiO₂ gelis. atitikmenys: angl. aerogel rus. аэрогель …   Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

  • микропористая теплоизоляция; кремнеземный аэрогель — 3.29 микропористая теплоизоляция; кремнеземный аэрогель: Материал в виде спрессованного порошка или спрессованных волокон с сообщающимися порами, средний размер которых при нормальном атмосферном давлении соизмерим со средним свободным пробегом… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Оппортьюнити — Mars Exploration Rover B …   Википедия

  • Спирит (марсоход) — У этого термина существуют и другие значения, см. Спирит. Спирит Mars Exploration Rover A …   Википедия

  • Хронология изобретений человечества в XXI веке — См. также: Хронология изобретений человечества История технологий По периодам и регионам: Неолитическая революция Древние технологии Египта Наука и технологии древней Индии Наука и технологии древнего Китая Технологии Древней Греции Технологии… …   Википедия

Книги

  • Опытные на кухне №018, Евгений Плешивцев. Плащ-невидимка, несколько вариантов технологий. [howstuffworks.com] Блюющий робот Ларри. [spectrum.ieee.org] Робот для уборки пола. [cxem.net] Аэрогель. [spectrum.ieee.org] Термоэлектрическая… Подробнее  Купить за 49 руб аудиокнига


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.