Аэрогель: различия между версиями
| [непроверенная версия] | [непроверенная версия] |
отмена правки 74417272 участника 91.192.161.33 (обс) |
|||
| Строка 25: | Строка 25: | ||
== Виды аэрогелей == |
== Виды аэрогелей == |
||
Наиболее распространены [[диоксид кремния|кварцевые]] аэрогели, по плотности среди твердых тел они |
Наиболее распространены [[диоксид кремния|кварцевые]] аэрогели, по плотности среди твердых тел они превосходят лишь [[Металлическая микрорешётка|металлические микрорешётки]], чья плотность может достигать — {{nobr|0,9 кг/м<sup>3</sup>}}, что на одну десятую меньше лучших показателей плотности аэрогелей — {{nobr|1 кг/м<sup>3</sup>}}. В воздушной среде при нормальных условиях плотность такой металлической микрорешётки равна {{nobr|1,9 кг/м<sup>3</sup>}} за счёт внутрирешёточного воздуха. Это в 500 раз меньше плотности воды и всего в {{nobr|1,5 раза}} больше плотности [[воздух]]а. Кварцевые аэрогели пропускают свет в мягком ультрафиолете, 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. |
||
Углеродные аэрогели 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 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. |
||
Версия от 11:46, 3 марта 2016
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.
В технике безопасности аэрогелем также называется пыль, осевшая на стенах, потолках, конструктивных частях оборудования и т. д.[1]
Структура
Аэрогели относятся к классу мезопористых материалов, в которых полости занимают не менее 50 %, а как правило, 90—99 % 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.
История
Первенство в изобретении признано за химиком Стивеном Кистлером (Steven Kistler) из Тихоокеанского колледжа (College of the Pacific) 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 ужимаясь.
Свойства
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 аэрогели полупрозрачны. За счёт рэлеевского 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 превосходят лишь металлические микрорешётки, 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, 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[2]. Благодаря чрезвычайно низкой теплопроводности (~0,017 Вт/(м·К) в воздухе при атмосферном давлении),[3], 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 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
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[4], 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.
См. также
- Пенометалл
- Металлическая микрорешётка — 0,9 кг/м3
- Аэрографит — 0,2 кг/м3
- Воздух
Примечания
- ↑ Общие сведения о взрыве и процессах горения
- ↑ Optical properties of Silica aerogels // Enviromental Technology Division of E.O. Lawrence Berkeley National Laboratory
- ↑ Thermal properties of Silica aerogels // Enviromental Technology Division of E.O. Lawrence Berkeley National Laboratory
- ↑ Официальный сайт United Nuclear
Ссылки
- Часто задаваемые вопросы об аэрогеле (проект «Стардаст») (англ.)
- Тепловые свойства кремниевого аэрогеля (англ.)
- Научный блог, посвящённый аэрогелю и всему, что с ним связано (англ.)
- Теплопроводность, плотность, температура применения гибкой теплоизоляции на основе аэрогеля. Теплофизические свойства (рус.)
Термодинамические состояния вещества | |||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Фазовые состояния |
| ||||||||||||||||
| Фазовые переходы |
| ||||||||||||||||
| Дисперсные системы | |||||||||||||||||
| См. также | |||||||||||||||||
