Аэрогель это: Что такое Аэрогель? Виды, производство, применение ☑️

Аэрогель | это… Что такое 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.

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

• Пенометалл
• Металлическая микрорешётка — 0,9 кг/м³
• Аэрографит (англ.) — 0,2 кг/м³

Примечания

1. ↑ Optical properties of Silica aerogels // Enviromental Technology Division of E.O. Lawrence Berkeley National Laboratory
2. ↑ Thermal properties of Silica aerogels // Enviromental Technology Division of E.O. Lawrence Berkeley National Laboratory
3. ↑ 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. )

Аэрогель | это… Что такое 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.

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

• Пенометалл
• Металлическая микрорешётка — 0,9 кг/м³
• Аэрографит (англ.) — 0,2 кг/м³

Примечания

1. ↑ Optical properties of Silica aerogels // Enviromental Technology Division of E.O. Lawrence Berkeley National Laboratory
2. ↑ Thermal properties of Silica aerogels // Enviromental Technology Division of E.O. Lawrence Berkeley National Laboratory
3. ↑ 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. )

Аэрогель Определение и значение — Merriam-Webster

аэрогель

ˈer-ō-ˌjel 

: легкое высокопористое твердое вещество, образованное замещением жидкости в геле (см. гель, пункт 1, смысл 1) газом, так что полученное твердое вещество имеет тот же размер, что и исходное

Извлекая жидкость из влажного геля под давлением и при высокой температуре, он смог производить чрезвычайно легкие материалы с пористостью до 98 процентов. Кистлер назвал твердые тела аэрогелями. — Йохен Фрике

Аэрогель из кремнезема настолько легкий, что инженеры иногда называют его «твердым дымом». Этот малый вес в сочетании с отличными звуко-, тепло- и электроизоляционными свойствами сделал бы аэрогель идеальным для множества потребительских товаров, если бы его производство было не таким дорогим.0011 Популярная механика

История слов

Первое известное использование

1923, в значении, определенном выше

Путешественник во времени

Первое известное использование аэрогеля было
в 1923 году

Посмотреть другие слова того же года
аэродинамический профиль

аэрогель

аэрогенератор

Посмотреть другие записи поблизости

Процитировать эту запись
«Аэрогель».

Словарь Merriam-Webster.com , Merriam-Webster, https://www.merriam-webster.com/dictionary/aerogel. По состоянию на 28 декабря 2022 г.

Copy Citation

Kids Definition

аэрогель

существительное

аэрогель

ˈer-ō-ˌjel

: легкое высокопористое твердое вещество, образованное путем замены жидкости в геле газом таким образом, что полученное твердое вещество имеет тот же размер, что и исходное

Medical Definition

аэрогель

существительное

аэрогель

ˈa(-ə)r-ō-ˌjel, ˈe(-ə)r-

: высокопористое твердое вещество, образованное замещением жидкости в геле газом, что приводит к небольшой усадке

Подпишитесь на крупнейший словарь Америки и получите тысячи других определений и расширенный поиск без рекламы!

Merriam-Webster без сокращений

Достижения в области композитов углеродная наноструктура и аэрогель на основе диоксида кремния: обзор

Алин
Лами-Мендес, ^ab

Руи Ф.
Сильва ^б
и

Луиза
Дюрайш
* ^и

Принадлежности автора

*

Соответствующие авторы

^и

CIEPQPF, факультет химического машиностроения, Университет Коимбры, 3030-790 Коимбра, Португалия

Электронная почта:
[email protected]
Факс: +351 239798703
Тел.: +351 239798737

^б

CICECO, Институт материалов Авейру, факультет материалов и керамической инженерии, Университет Авейру, 3810-193 Авейру, Португалия

Аннотация

rsc.org/schema/rscart38″> Аэрогели кремнезема представляют собой аморфные материалы с замечательными свойствами, такими как очень высокая пористость и удельная поверхность, а также низкая объемная плотность и теплопроводность. Однако потенциальное применение этих материалов ограничено, поскольку они обладают низкой механической прочностью. Тем не менее аэрогели диоксида кремния позволяют легко включать в свою структуру различные соединения, что позволяет производить материалы с характеристиками, отличными от характеристик аэрогелей природного диоксида кремния. Добавление частиц, полимеров или волокон для улучшения механических, оптических или термических свойств широко исследовалось несколькими авторами в последнее десятилетие. Относительно недавней альтернативой является их модификация углеродными наноматериалами, к которым относятся углеродные нанотрубки, углеродные нановолокна, графен и углеродные аэрогели. Эти наноструктуры обладают хорошо известными характеристиками, такими как высокая электропроводность и высокая механическая прочность.