Аерогель - незвичайне творіння людських рук
Відео: Творіння рук людських
Аерогель - вельми незвичайне творіння людських рук, матеріал, удостоєний за свої унікальні якості 15 позиціями в книзі рекордів Гіннеса. Назва «аерогель» походить від двох латинських слів aer - повітря і gelatus - заморожений. Тому аерогель часто називають «замороженим димом».
Відео: Гра матінки природи-незвичайні зачіски тварин
Втім, за зовнішнім виглядом аерогель дійсно нагадує застиглий дим. Аерогель є незвичайним гель, в якому відсутня рідка фаза, повністю заміщена газоподібної, внаслідок чого речовина володіє рекордно низькою щільністю, всього в півтора рази перевершує щільність повітря, і поруч інших унікальних якостей: твердістю, прозорістю, жароміцних і т.д. Аерогель дивний ще й тим, що на 99.8% складається з&hellip- повітря!
Історія появи аерогеля досі з`ясована не до кінця. Відомо лише, що першим його отримав американський учений Семюель Кистлер в кінці двадцятих або в тридцятому році минулого століття в Тихоокеанському коледжі в Стоктоні (штат Каліфорнія). Отримав, як це часом буває, в наукових дослідженнях, майже випадково, як побічний продукт кристалізації амінокислот в суперкритичних супернасищенних рідинах. Вчений домігся отримання аерогеля, замінюючи рідина в звичайному гелі метанолом. Після цього гель нагрівався під високим тиском до 240 градусів (критична температура для метанолу). У цей момент газоподібний метанол йшов з гелю, але зневоднена піна не зменшувалася в об`ємі. В результаті утворювався легкий дрібнопористий матеріал, названий в наслідок аерогелем. Офіційною датою появи нового матеріалу вважається 1931 рік, час опублікування статті про нього в журналі Nature. Невідомо і походження терміна «аерогель». Залишається загадкою, чи сам Кистлер ввів його в нашу мову, або скористався підказкою своїх колег. Перший аерогель був отриманий вченим з кварцу. Згодом цей матеріал навчилися виготовляти з оксидів металів, органічних речовин, і багатьох інших вихідних інгредієнтів.
За структурою аерогелі представляють собою деревоподібну мережу з об`єднаних в однорідні групи (кластери) частинок розміром 2-5 нанометрів і пор, заповнених повітрям, розмірами до 100 нанометрів. Зовні аерогель найбільше схожий на прозору або напівпрозору застиглу мильну піну. При погляді неозброєним оком, аерогель представляється суцільним однорідним речовиною, що вигідно відрізняє його від таких пористих середовищ як різні піни. На дотик аерогель також нагадує застиглу піну. Це досить міцний матеріал - аерогель здатний витримати навантаження в 2000 разів більше власної ваги. Наприклад, невеликий блок аерогеля вагою 2.38 г. легко протистоїть масі цегли в 2.5 кг!
Відео: Дивовижні творіння рук людських
Кварцові аерогелі є дуже хорошим теплоізолятором. Процес виробництва аерогелей складний і трудомісткий. Спочатку за допомогою хімічних реакцій, гель полимеризуется. Ця операція займає кілька діб і на виході виходить желеподібний продукт. Потім спиртом з желе видаляється вода. Повний її видалення - запорука успішності всього процесу. Наступний крок - "суперкритичним" висихання. Воно проводиться в автоклаві при високому тиску і температурі, в процесі бере участь зріджений вуглекислий газ.Прікладное використання кварцового аерогеля, як матеріалу для ізоляції, почалося в сорокових роках двадцятого століття. Відома компанія Monsanto випускала цей продукт за ліцензійною угодою з Кистлер. Однак широкого поширення в силу дорожнечі аерогелевие утеплювачі не отримали, і в сімдесятих роках виробництво було згорнуто. Лише в самому кінці минулого століття аерогелі знову почали широко використовуватися людством, передусім у космічній отраслі.Іменно аерогель став найважливішим елементом гратчастого улавливателя, за допомогою якого космічний зонд Stardust захопив мільйони крихітних часток з хвоста комети Wild 2 і доставив спусковий апарат з цими зразками на землю. До речі сказати, серед різноманіття уловлених зондом частинок були виявлені сліди гліцину - найважливішої для утворення білка амінокислоти. Вченим, що розділяє теорію про неземне походження життя, ця знахідка стала непрямим доказом їхньої правоти.
В якості унікального теплоізолятора аерогель планується використовувати в космічних скафандрах американського виробництва, що створюються для марсіанського проекту НАСА. Так само НАСА анонсувало застосування аерогеля як теплового щита нових моделей шаттла. Перспективні також аерогелі в мікроелектроніці. Головним чином, завдяки тому, що вони володіють найнижчими діелектричними константами. Використання аерогелей як ізоляційних шарів в багатошарових друкованих платах дозволить значно підвищити швидкодію електронікі.В 2007 році американські хіміки презентували створені ними аерогелі, які можуть служити фільтром для очищення води від шкідливих домішок, таких як ртуть, свинець та інші отруйні важкі метали. Поки виробництво цих матеріалів досить обмежено через високу ціну, тому що до складу фільтрів входить платина, але коли їй буде знайдена заміна у вигляді більш дешевого аналога, очисниками нового зразка можна буде позбавити від важких металів водойми планети. Крім цього нові аерогелі проявляють властивості напівпровідників, отже, можуть використовуватися в фотоелементах та інших оптоелектронних пристроях.
Кварцовий аерогель, як уже говорилося, - унікальний теплоізолятор. Він витримує температуру до 500 градусів за Цельсієм, а шару завтовшки 2,5 см досить, щоб захистити людську руку від прямого впливу паяльної лампи. Існують різновиди аерогелей з температурою плавлення до 1200 С. Властивості арогелей в чималому ступені залежать від вихідного матеріалу, з якого їх виробляють. Існують аерогелі з глиноземів (з добавкою оксиду алюмінію), діоксиду кремнію, а також оксиду олова і хрому. Зовсім недавно були отримані аерогелі на основі вуглецю. Є аерогелі, що застосовуються в якості каталізаторів. В даний врмя в НАСА йдуть випробування алюмооксидного аерогелей, що містять рідкісні елементи - гадоліній і тербий. Ці аерогелі використовуються як детектори високошвидкісних соудареній.Некоторие прозорі різновиди аерогеля розглядаються вченими в якості заміни шибки. Адже коефіцієнт заломлення у аерогелей набагато нижче, ніж у скла (1,05 проти 1,5). Початкову крихкість цього перспективного матеріалу науці вже вдалося подолати, зараз доступний випуск пружних і гнучких аерогелей. На порядку денному питання про зниження собівартості виробництва до меж, які роблять використання в широких масштабах рентабельним. Аерогелі часто називають матеріалом 21 століття. Чи так це, ми скоро побачимо.
