STUDIO HIMED ● Химия и Медицина
ЛЁГКИЙ, КАК ОБЛАЧКО

Соловьев А.Р.
СПО. Студент, II курс
Специальность «Лабораторная диагностика»

Лёгкий, как облачко

Сегодня мы немного поговорим об аэрогелях.

Аэрогель

Аэрогель является самым лёгким, обладающим наименьшей плотностью, твёрдым материалом. Брусок аэрогеля всего лишь в несколько раз тяжелее того же объёма воздуха. И на это имеется веская причина, ведь аэрогель на 99,8 % состоит из воздуха. Некоторые разновидности аэрогеля настолько легки, что, если извлечь из них весь газ, их плотность будет меньше, чем у воздуха.

Изобретение

В 1931 году профессор Стивен Кистлер заключил пари со своим коллегой Чарльзом Лерндом. Пари разворачивалось вокруг желе. Желе, по своей сути, является комбинацией жидкого и твёрдого состояний. Это в том смысле, что оно по большей части является жидкостью, которая встроена в твёрдую трёхмерную структуру (каркас). Таким образом, гель, как, например, желе, обладает неким скелетом с нанопорами, которые и придают веществу твёрдость. И этот скелет составляет приблизительно 1,0 % от всего геля. Суть пари заключалась в следующем: возможно ли извлечь всю жидкость из геля, не повлияв при этом на твёрдую структуру? Стивен Кистлер решил эту задачу. Он смог выяснить, что в геле можно заменить одну жидкость другой при помощи тщательной промывки. Таким способом можно легко заменить воду в желе, например, на этиловый спирт (этанол). И затем, если поместить гель в камеру с высоким давлением, и достичь в ней критически высокой температуры и давления, то жидкость перейдет в среднее состояние между жидкостью и газом, называемое «сверхкритической жидкостью». А как только понизится давление в камере, твёрдый скелет, составляющий 1,0 % от общей массы геля, останется неповреждённым, а на место жидкости в порах поступит газ. Такое твёрдое вещество получило название «аэрогеля». Стивен Кистлер опубликовал своё открытие в журнале «Nature» в 1931 году. Впоследствии учёный начал делать аэрогели из всего, из чего только мог придумать. Он делал аэрогель из яиц, резины, нитроцеллюлозы и тому подобное.

Свойства

Помимо всего прочего, аэрогель обладает уникальными и невероятными физическими свойствами. Если поместить аэрогель на белый фон, то его практически не будет видно. Однако на тёмном фоне аэрогель приобретает светло-голубой цвет. Аэрогель имеет светло-голубой цвет по той же причине, что и небо. Всё потому, что наноструктура вещества рассеивает голубой свет сильнее, чем жёлтый или красный.

Пористая структура аэрогеля делает этот материал отличным теплоизолятором. Можно предположить, если аэрогель на 99,8 % состоит из воздуха, то он должен обладать соответствующими свойствами теплопроводности, однако это совсем не так. Аэрогель гораздо слабее пропускает тепло. Причина заключается в том, что ширина пор меньше, чем расстояние, которое преодолевают молекулы воздуха прежде чем с чем-нибудь столкнуться.

Использование

Из-за своих уникальных свойств НАСА (Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства, National Aeronautics and Space Administration, NASA) использует аэрогель на марсоходах и планируют использовать этот материал в дальнейших миссиях на Марс. Аэрогель позволяет электронике практически не охлаждаться в холодные марсианские ночи.

НАСА использует аэрогель и для более экзотических миссий, например, для поимки космической пыли, исходящих от комет. Частицы движутся со скоростью приблизительно равной 6,0 км/с относительно аэрогеля. Поскольку аэрогель обладает малой плотностью и пористой структурой, то частицы не просто врезаются, а буквально вязнут в материале.

Перспективы

Сегодня учёные активно работают над тем, чтобы снизить стоимость создания данного материала и увеличить его прочность. И, возможно, уже в ближайшем будущем мы будем пить чай из аэрогелевых кружек...

Благодарим за внимание!

Опубликовано: 28.11.2024 года
Отредактировано: 28.11.2024 года
Количество редакций: 0