Аэрогель: различия между версиями

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
[отпатрулированная версия][отпатрулированная версия]
Содержимое удалено Содержимое добавлено
дополнение
Нет описания правки
 
(не показано 30 промежуточных версий 23 участников)
Строка 2: Строка 2:
[[Файл:Aerogelbrick.jpg|thumb|[[Кирпич]] массой 2,5 кг стоит на куске аэрогеля массой 2,38 г]]
[[Файл:Aerogelbrick.jpg|thumb|[[Кирпич]] массой 2,5 кг стоит на куске аэрогеля массой 2,38 г]]
'''Аэроге́ли''' (от {{lang-la|aer}} — воздух и {{lang-la2|gelatus}} — замороженный) — класс материалов, представляющих собой [[Гели|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 [[диоксид кремния|диоксида кремния]], [[глинозём]]ов, а также оксидов хрома и олова. В начале [[1990-е|1990-х]] получены первые образцы аэрогеля на основе [[углерод]]а.
'''Аэроге́ли''' (от {{lang-la|aer}} — воздух и {{lang-la2|gelatus}} — замороженный) — класс материалов, представляющих собой [[Гели|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 [[диоксид кремния|диоксида кремния]], [[глинозём]]ов, а также оксидов хрома и олова. В начале [[1990-е|1990-х]] получены первые образцы аэрогеля на основе [[углерод]]а.

В технике безопасности аэрогелем также называется [[пыль]], осевшая на стенах, потолках, конструктивных частях оборудования и т. д.<ref>[http://www.znaytovar.ru/s/Obshhie-svedeniya-o-vzryve-i-proc.html Общие сведения о взрыве и процессах горения]</ref>


== Структура ==
== Структура ==
Аэрогели относятся к классу [[Мезопористый материал|мезопористых материалов]], в которых полости занимают не менее 50 %, а как правило, 90—99 % объёма, а плотность составляет от 1 до {{nobr|150 кг/м<sup>3</sup>}}. По структуре аэрогели представляют собой древовидную сеть из объединённых в [[Кластер (химия)|кластеры]] [[Наночастица|наночастиц]] размером {{nobr|2—5 нм}} и пор размерами до {{nobr|100 нм}}.
Аэрогели относятся к классу [[Мезопористый материал|мезопористых материалов]], в которых полости занимают не менее 50 %, а как правило, 95—99,8 % объёма, а плотность составляет от 1 до {{nobr|150 кг/м<sup>3</sup>}}. По структуре аэрогели представляют собой древовидную сеть из объединённых в [[Кластер (химия)|кластеры]] [[Наночастица|наночастиц]] размером {{nobr|2—5 нм}} и пор размерами до {{nobr|100 нм}}.


== История ==
== История ==
Строка 22: Строка 20:
На ощупь аэрогели напоминают легкую, но твёрдую пену, похожую на [[пенопласт]]. 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 [[Гигроскопичность|гигроскопичны]].
На ощупь аэрогели напоминают легкую, но твёрдую пену, похожую на [[пенопласт]]. 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 [[Гигроскопичность|гигроскопичны]].


По внешнему виду кварцевые аэрогели полупрозрачны. За счёт [[Рэлеевское рассеяние|рэлеевского рассеяния]] света на древовидных структурах они выглядят голубоватыми в отражённом свете и светло-жёлтыми в проходящем. Сходными оптическими свойствами обладают аэрогели на основе оксидов алюминия ([[Оксид алюминия|Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>]]), циркония ([[Оксид циркония|ZrO<sub>2</sub>]]) и титана ([[Оксид титана(IV)|TiO<sub>2</sub>]]). Аэрогели из других оксидов металлов могут иметь различный цвет и прозрачность; так, [[оксид железа(III)|железооксидный]] аэрогель непрозрачен и имеет цвет, сходный с [[Ржавчина|ржавчиной]], [[Оксид ванадия(V)|ванадиевооксидный]] аэрогель непрозрачен, оливково-зелёного цвета; [[Оксид хрома(III)|хромооксидный]] аэрогель и имеет тёмно-зелёный или тёмно-синий цвет, а аэрогели на основе оксидов [[Редкоземельные элементы|редкоземельных металлов]] прозрачны ([[Оксид самария(III)|оксид самария]] жёлтый, [[Оксид неодима(III)|оксид неодима]] фиолетовый, оксиды [[Оксид гольмия(III)|гольмия]] и [[Оксид эрбия(III)|эрбия]] — розовые)<ref>{{cite web|url=http://www.aerogel.org/?p=44|title=Metal Oxide Aerogels|publisher=Aerogel.org|accessdate=28 Aug 2017}}</ref>. Углеродные аэрогели имеют глубокий чёрный цвет, поглощая 99,7 % падающего света.
По внешнему виду кварцевые аэрогели полупрозрачны. За счёт [[Рэлеевское рассеяние|рэлеевского рассеяния]] света на древовидных структурах они выглядят голубоватыми в отражённом свете и светло-жёлтыми в проходящем. Сходными оптическими свойствами обладают аэрогели на основе оксидов алюминия ([[Оксид алюминия|Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>]]), циркония ([[Оксид циркония|ZrO<sub>2</sub>]]) и титана ([[Оксид титана(IV)|TiO<sub>2</sub>]]). Аэрогели из других оксидов металлов могут иметь различный цвет и прозрачность; так, [[оксид железа(III)|железооксидный]] аэрогель непрозрачен и имеет цвет, сходный со [[Ржавчина|ржавчиной]], [[Оксид ванадия(V)|ванадиевооксидный]] аэрогель непрозрачен, оливково-зелёного цвета; [[Оксид хрома(III)|хромооксидный]] аэрогель имеет тёмно-зелёный или тёмно-синий цвет, а аэрогели на основе оксидов [[Редкоземельные элементы|редкоземельных металлов]] прозрачны ([[Оксид самария(III)|оксид самария]] жёлтый, [[Оксид неодима(III)|оксид неодима]] фиолетовый, оксиды [[Оксид гольмия(III)|гольмия]] и [[Оксид эрбия(III)|эрбия]] — розовые)<ref>{{cite web|url=http://www.aerogel.org/?p=44|title=Metal Oxide Aerogels|publisher=Aerogel.org|accessdate=2017-08-28|archive-date=2013-08-12|archive-url=https://web.archive.org/web/20130812045126/http://www.aerogel.org/?p=44|deadlink=no}}</ref>. Углеродные аэрогели имеют глубокий чёрный цвет, поглощая 99,7 % падающего света.


== Виды аэрогелей ==
== Виды аэрогелей ==
Наиболее распространены [[диоксид кремния|кварцевые]] аэрогели. Их минимальная плотность равна {{nobr|1 кг/м<sup>3</sup>}} (вакуумированная версия), что в 1000 раз меньше плотности воды и даже в {{nobr|1,2 раза}} меньше плотности [[воздух]]а. Среди твердых тел меньшую плотность имеют лишь [[Металлическая микрорешётка|металлические микрорешётки]] (чья плотность может достигать {{nobr|0,9 кг/м<sup>3</sup>}}<ref>Однако в воздушной среде при нормальных условиях плотность таких металлических микрорешёток равна {{nobr|1,9 кг/м<sup>3</sup>}} за счёт внутрирешёточного воздуха.</ref>, что на одну десятую меньше лучших показателей плотности аэрогелей), [[аэрографит]] (чья плотность составляет {{nobr|0,18 кг/м<sup>3</sup>}}) и {{нп3|аэрографен|аэрографен|en|Aerographene}} ({{nobr|0,16 кг/м<sup>3</sup>}}). Кварцевые аэрогели пропускают свет в мягком [[ультрафиолет]]е, видимой области (с длиной волны больше {{nobr|300 нм}}) и инфракрасном диапазоне, однако в инфракрасной области присутствуют типичные для кварца, получаемого обезвоживанием силикагелей, полосы гидроксила при {{nobr|3500 см<sup>−1</sup>}} и {{nobr|1600 см<sup>−1</sup>}}<ref>[http://eetd.lbl.gov/ECS/Aerogels/sa-optical.html Optical properties of Silica aerogels // Enviromental Technology Division of E.O. Lawrence Berkeley National Laboratory]</ref>. Благодаря чрезвычайно низкой [[Теплопроводность|теплопроводности]] ({{nobr|~0,017 Вт/(м·К)}} в воздухе при атмосферном давлении),<ref>[http://eetd.lbl.gov/ECS/Aerogels/sa-thermal.html Thermal properties of Silica aerogels // Enviromental Technology Division of E.O. Lawrence Berkeley National Laboratory]</ref>, меньшей, чем [[теплопроводность]] воздуха ({{nobr|0,024 Вт/(м·К)}}), они применяются в строительстве в качестве теплоизолирующих и теплоудерживающих материалов. Температура плавления кварцевого аэрогеля составляет 1200 °C.
Наиболее распространены [[диоксид кремния|кварцевые]] аэрогели. Их минимальная плотность равна {{nobr|1 кг/м<sup>3</sup>}} (вакуумированная версия), что в 1000 раз меньше плотности воды и даже в {{nobr|1,2 раза}} меньше плотности [[воздух]]а (правда, указанная плотность не включает вес воздуха, включенного в структуру, потому аэрогели не плавают в воздухе). Среди твердых тел меньшую плотность имеют лишь [[Металлическая микрорешётка|металлические микрорешётки]] (чья плотность может достигать {{nobr|0,9 кг/м<sup>3</sup>}}<ref>Однако в воздушной среде при нормальных условиях плотность таких металлических микрорешёток равна {{nobr|1,9 кг/м<sup>3</sup>}} за счёт внутрирешёточного воздуха.</ref>, что на одну десятую меньше лучших показателей плотности аэрогелей), [[аэрографит]] (чья плотность составляет {{nobr|0,18 кг/м<sup>3</sup>}}) и {{нп3|аэрографен|аэрографен|en|Aerographene}} ({{nobr|0,16 кг/м<sup>3</sup>}}). Кварцевые аэрогели пропускают свет в мягком [[ультрафиолет]]е, видимой области (с длиной волны больше {{nobr|300 нм}}) и инфракрасном диапазоне, однако в инфракрасной области присутствуют типичные для кварца, получаемого обезвоживанием силикагелей, полосы гидроксила при {{nobr|3500 см<sup>−1</sup>}} и {{nobr|1600 см<sup>−1</sup>}}<ref>{{Cite web |url=http://eetd.lbl.gov/ECS/Aerogels/sa-optical.html |title=Optical properties of Silica aerogels // Enviromental Technology Division of E.O. Lawrence Berkeley National Laboratory |accessdate=2009-06-05 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20090515014515/http://eetd.lbl.gov/ecs/aerogels/sa-optical.html |archivedate=2009-05-15 |deadlink=yes }}</ref>. Благодаря чрезвычайно низкой [[Теплопроводность|теплопроводности]] ({{nobr|~0,017 Вт/(м·К)}} в воздухе при атмосферном давлении),<ref>[http://eetd.lbl.gov/ECS/Aerogels/sa-thermal.html Thermal properties of Silica aerogels // Enviromental Technology Division of E.O. Lawrence Berkeley National Laboratory] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20080705224034/http://eetd.lbl.gov/ECS/Aerogels/sa-thermal.html |date=2008-07-05 }}</ref>, меньшей, чем [[теплопроводность]] воздуха ({{nobr|0,024 Вт/(м·К)}}), они применяются в строительстве в качестве теплоизолирующих и теплоудерживающих материалов. Температура плавления кварцевого аэрогеля составляет 1200 °C.


Углеродные аэрогели ([[аэрографит]]ы) состоят из наночастиц, [[Ковалентная связь|ковалентно]] связанных друг с другом. Они электропроводны и могут использоваться в качестве электродов в конденсаторах. За счёт очень большой площади внутренней поверхности (до {{nobr|800 м<sup>2</sup>/грамм}}) углеродные аэрогели нашли применение в производстве суперконденсаторов ([[ионистор]]ов) ёмкостью в тысячи [[фарад]]. В настоящее время достигнуты показатели в {{nobr|10<sup>4</sup> Ф/грамм}} и {{nobr|77 Ф/см<sup>3</sup>}}. Углеродные аэрогели отражают всего 0,3 % излучения в диапазоне длин волн от 250 до {{nobr|14 300 [[нм]]}}, что делает их эффективными поглотителями солнечного света.
Углеродные аэрогели ([[аэрографит]]ы) состоят из наночастиц, [[Ковалентная связь|ковалентно]] связанных друг с другом. Они электропроводны и могут использоваться в качестве электродов в конденсаторах. За счёт очень большой площади внутренней поверхности (до {{nobr|800 м<sup>2</sup>/грамм}}) углеродные аэрогели нашли применение в производстве суперконденсаторов ([[ионистор]]ов) ёмкостью в тысячи [[фарад]]. В настоящее время достигнуты показатели в {{nobr|10<sup>4</sup> Ф/грамм}} и {{nobr|77 Ф/см<sup>3</sup>}}. Углеродные аэрогели отражают всего 0,3 % излучения в диапазоне длин волн от 250 до {{nobr|14 300 [[нм]]}}, что делает их эффективными поглотителями солнечного света.
Строка 32: Строка 30:


== Использование ==
== Использование ==
[[Файл:Stardust Dust Collector with aerogel.jpg|right|thumbnail|132 ячейки с аэрогелем космического аппарата [[Стардаст (космический аппарат)|«Стардаст»]] (NASA)]]
[[Файл:Stardust Dust Collector with aerogel.jpg|right|thumbnail|136 ячеек с аэрогелем космического аппарата [[Стардаст (космический аппарат)|«Стардаст»]] (NASA)]]
Помимо многочисленных технических применений, обусловленных вышеперечисленными уникальными свойствами, аэрогель известен прежде всего использованием в проекте [[Стардаст (космический аппарат)|«Стардаст»]] в качестве материала для ловушек [[Космическая пыль|космической пыли]].
Помимо многочисленных технических применений, обусловленных вышеперечисленными уникальными свойствами, аэрогель известен прежде всего использованием в проекте [[Стардаст (космический аппарат)|«Стардаст»]] в качестве материала для ловушек [[Космическая пыль|космической пыли]].


Строка 41: Строка 39:
Аэрогель на основе [[Оксиды железа|оксида железа]] с [[Алюминий|алюминиевыми]] [[наночастица]]ми может служить [[Взрывчатое вещество|взрывчаткой]] (разработка [[Ливерморская национальная лаборатория|Ливерморской национальной лаборатории им. Э. Лоуренса]], США).
Аэрогель на основе [[Оксиды железа|оксида железа]] с [[Алюминий|алюминиевыми]] [[наночастица]]ми может служить [[Взрывчатое вещество|взрывчаткой]] (разработка [[Ливерморская национальная лаборатория|Ливерморской национальной лаборатории им. Э. Лоуренса]], США).


В начале [[2006]] некоторые компании, например, [[United Nuclear]]<ref>[http://unitednuclear.com/index.php?main_page=product_info&cPath=16_17_69&products_id=89 Официальный сайт United Nuclear]</ref>, 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).
В начале [[2006]] некоторые компании, например, [[United Nuclear]]<ref>{{Cite web |url=http://unitednuclear.com/index.php?main_page=product_info&cPath=16_17_69&products_id=89 |title=Официальный сайт United Nuclear |access-date=2010-09-04 |archive-date=2013-05-29 |archive-url=https://web.archive.org/web/20130529225058/http://unitednuclear.com/index.php?main_page=product_info&cPath=16_17_69&products_id=89 |deadlink=no }}</ref>, 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).


В настоящее время на основе аэрогеля изготавливаются теплоизоляционные материалы для промышленного применения.
В настоящее время на основе аэрогеля изготавливаются теплоизоляционные материалы для промышленного применения.

== Производители ==
<!--
[[Аспен Аэрогель]] — Американский производитель инновационной теплоизоляции на основе аэрогеля. -->
* [[Институт катализа имени Г. К. Борескова СО РАН]] — российский исследовательский институт, изготавливающий аэрогели, которые используются в научных экспериментах; в том числе многослойный аэрогель для измерения скорости элементарных частиц<ref name="cern">{{Cite web |url=https://cerncourier.com/a/aerogel-sees-the-light-for-lhcb-detector/ |title=Aerogel sees the light for LHCb detector. CERN Courier. |access-date=2022-12-16 |archive-date=2022-12-16 |archive-url=https://web.archive.org/web/20221216173845/https://cerncourier.com/a/aerogel-sees-the-light-for-lhcb-detector/ |deadlink=no }}</ref><ref name="ria">{{Cite web |url=https://ria.ru/20120424/633573568.html |title=Сибирские ученые создали аэрогель для детекторов элементарных частиц. РИА Новости. |access-date=2022-12-16 |archive-date=2022-12-16 |archive-url=https://web.archive.org/web/20221216161043/https://ria.ru/20120424/633573568.html |deadlink=no }}</ref><ref>{{Cite web |url=https://www.interfax-russia.ru/siberia/news/material-dlya-poiska-novyh-elementarnyh-chastic-i-solnechnoy-energetiki-razrabotali-novosibirskie-uchenye |title=Материал для поиска новых элементарных частиц и солнечной энергетики разработали новосибирские ученые. Интерфакс. |access-date=2022-12-16 |archive-date=2022-12-16 |archive-url=https://web.archive.org/web/20221216161134/https://www.interfax-russia.ru/siberia/news/material-dlya-poiska-novyh-elementarnyh-chastic-i-solnechnoy-energetiki-razrabotali-novosibirskie-uchenye |deadlink=no }}</ref>.
* Matsushita — японский производитель аэрогелей<ref name="cern" /><ref name="ria" />.


== См. также ==
== См. также ==
* [[Пенометалл]]
* [[Пенометалл]] — 50 кг/м<sup>3</sup>
* [[Металлическая микрорешётка]] — 0,9 кг/м<sup>3</sup>
* [[Металлическая микрорешётка]] — 0,9 кг/м<sup>3</sup>
* [[Аэрографит]] — 0,2 кг/м<sup>3</sup>
* [[Аэрографит]] — 0,2 кг/м<sup>3</sup>
* [[Воздух]]
* [[Воздух]] — 1,2754 кг/м<sup>3</sup>


== Примечания ==
== Примечания ==
Строка 56: Строка 60:
== Ссылки ==
== Ссылки ==
{{Навигация}}
{{Навигация}}
* [http://stardust.jpl.nasa.gov/overview/faq.html#aerogel Часто задаваемые вопросы об аэрогеле (проект «Стардаст»)] {{ref-en}}
* [http://stardust.jpl.nasa.gov/overview/faq.html#aerogel Часто задаваемые вопросы об аэрогеле (проект «Стардаст»)]{{ref-en}}
* [http://eetd.lbl.gov/ECS/aerogels/sa-thermal.html Тепловые свойства кремниевого аэрогеля] {{ref-en}}
* [https://web.archive.org/web/20080705224034/http://eetd.lbl.gov/ECS/Aerogels/sa-thermal.html Тепловые свойства кремниевого аэрогеля]{{ref-en}}
* [http://www.aerogel.org/ Научный блог, посвящённый аэрогелю и всему, что с ним связано] {{ref-en}}
* [http://www.aerogel.org/ Научный блог, посвящённый аэрогелю и всему, что с ним связано]{{ref-en}}
* [http://thermalinfo.ru/publ/tverdye_veshhestva/stroitelnye_materialy/teplofizicheskie_svojstva_teploprovodnost_plotnost_temperatura_primenenija_gibkoj_teploizoljacii_na_osnove_aehrogelja/6-1-0-363 Теплопроводность, плотность, температура применения гибкой теплоизоляции на основе аэрогеля]. Теплофизические свойства {{ref-ru}}
* [http://thermalinfo.ru/publ/tverdye_veshhestva/stroitelnye_materialy/teplofizicheskie_svojstva_teploprovodnost_plotnost_temperatura_primenenija_gibkoj_teploizoljacii_na_osnove_aehrogelja/6-1-0-363 Теплопроводность, плотность, температура применения гибкой теплоизоляции на основе аэрогеля]. Теплофизические свойства{{ref-ru}}


{{Состояния материи}}
{{Состояния материи}}


[[Категория:Аэрогели| ]]
[[Категория:Аэрогели| ]]
[[Категория:Теплоизоляционные материалы]]
[[Категория:Диэлектрики]]
[[Категория:Диэлектрики]]

Текущая версия от 14:51, 21 февраля 2024

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.

Аэрогели относятся к классу мезопористых материалов, в которых полости занимают не менее 50 %, а как правило, 95—99,8 % объёма, а плотность составляет от 1 до 150 кг/м3. По структуре аэрогели представляют собой древовидную сеть из объединённых в кластеры наночастиц размером 2—5 нм и пор размерами до 100 нм.

Первенство в изобретении признано за химиком Стивеном Кистлером[англ.] из Тихоокеанского колледжа[англ.] в Стоктоне, Калифорния, США, опубликовавшим 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 сжимаясь.

Аэрогели — хорошие теплоизоляторы

На ощупь аэрогели напоминают легкую, но твёрдую пену, похожую на пенопласт. 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 кварцевые аэрогели полупрозрачны. За счёт рэлеевского рассеяния света на древовидных структурах они выглядят голубоватыми в отражённом свете и светло-жёлтыми в проходящем. Сходными оптическими свойствами обладают аэрогели на основе оксидов алюминия (Al2O3), циркония (ZrO2) и титана (TiO2). Аэрогели из других оксидов металлов могут иметь различный цвет и прозрачность; так, железооксидный аэрогель непрозрачен и имеет цвет, сходный со ржавчиной, ванадиевооксидный аэрогель непрозрачен, оливково-зелёного цвета; хромооксидный аэрогель имеет тёмно-зелёный или тёмно-синий цвет, а аэрогели на основе оксидов редкоземельных металлов прозрачны (оксид самария жёлтый, оксид неодима фиолетовый, оксиды гольмия и эрбия — розовые)[1]. Углеродные аэрогели имеют глубокий чёрный цвет, поглощая 99,7 % падающего света.

Виды аэрогелей

[править | править код]

Наиболее распространены кварцевые аэрогели. Их минимальная плотность равна 1 кг/м3 (вакуумированная версия), что в 1000 раз меньше плотности воды и даже в 1,2 раза меньше плотности воздуха (правда, указанная плотность не включает вес воздуха, включенного в структуру, потому аэрогели не плавают в воздухе). Среди твердых тел меньшую плотность имеют лишь металлические микрорешётки (чья плотность может достигать 0,9 кг/м3[2], что на одну десятую меньше лучших показателей плотности аэрогелей), аэрографит (чья плотность составляет 0,18 кг/м3) и аэрографен[англ.] (0,16 кг/м3). Кварцевые аэрогели пропускают свет в мягком ультрафиолете, 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[3]. Благодаря чрезвычайно низкой теплопроводности (~0,017 Вт/(м·К) в воздухе при атмосферном давлении),[4], 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 (аэрографиты) состоят из наночастиц, ковалентно связанных друг с другом. Они электропроводны и могут использоваться в качестве электродов в конденсаторах. За счёт очень большой площади внутренней поверхности (до 800 м2/грамм) углеродные аэрогели нашли применение в производстве суперконденсаторов (ионисторов) ёмкостью 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 250 до 14 300 нм, 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

[править | править код]
136 ячеек с аэрогелем космического аппарата «Стардаст» (NASA)

Помимо многочисленных технических применений, обусловленных вышеперечисленными уникальными свойствами, аэрогель известен 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. Э. Лоуренса, США).

В начале 2006 некоторые компании, например, United Nuclear[5], 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).

В настоящее время на основе аэрогеля изготавливаются теплоизоляционные материалы для промышленного применения.

Производители

[править | править код]
  • Институт катализа имени Г. К. Борескова СО РАН — российский исследовательский институт, изготавливающий аэрогели, которые используются в научных экспериментах; в том числе многослойный аэрогель для измерения скорости элементарных частиц[6][7][8].
  • Matsushita — японский производитель аэрогелей[6][7].

Примечания

[править | править код]
  1. Metal Oxide Aerogels. Aerogel.org. Дата обращения: 28 августа 2017. Архивировано 12 августа 2013 года.
  2. Однако в воздушной среде при нормальных условиях плотность таких металлических микрорешёток равна 1,9 кг/м3 за счёт внутрирешёточного воздуха.
  3. Optical properties of Silica aerogels // Enviromental Technology Division of E.O. Lawrence Berkeley National Laboratory. Дата обращения: 5 июня 2009. Архивировано из оригинала 15 мая 2009 года.
  4. Thermal properties of Silica aerogels // Enviromental Technology Division of E.O. Lawrence Berkeley National Laboratory Архивировано 5 июля 2008 года.
  5. Официальный сайт United Nuclear. Дата обращения: 4 сентября 2010. Архивировано 29 мая 2013 года.
  6. 1 2 Aerogel sees the light for LHCb detector. CERN Courier. Дата обращения: 16 декабря 2022. Архивировано 16 декабря 2022 года.
  7. 1 2 Сибирские ученые создали аэрогель для детекторов элементарных частиц. РИА Новости. Дата обращения: 16 декабря 2022. Архивировано 16 декабря 2022 года.
  8. Материал для поиска новых элементарных частиц и солнечной энергетики разработали новосибирские ученые. Интерфакс. Дата обращения: 16 декабря 2022. Архивировано 16 декабря 2022 года.