Как сделать аэрогель: Как создать аэрогель? | Наука в Сибири

Как создать аэрогель? | Наука в Сибири

Высокотехнологичные материалы, которые производят ученые новосибирского Академгородка, можно использовать не только в космических опытах или экспериментах на встречных пучках, но также в стеклопакетах и при теплоизоляции зданий.

Аэрогели — это особые структуры, в которых жидкая фаза полностью замещена газообразной. Они обладают целым рядом уникальных свойств: твёрдостью, прозрачностью, жаропрочностью, чрезвычайно низкой теплопроводностью и так далее.

Как же производят аэрогель? Его синтез состоит из нескольких стадий. Сначала необходимо смешать раствор, содержащий соединения кремния, с катализатором и водой. После протекания химической реакции в нем появляются очень маленькие, размером в несколько нанометров, нерастворимые частицы кремнезема. Когда их становится много, они начинают слипаться в длинные цепочки, которые затем переплетаются, и масса становится неподвижной. Далее получившееся вещество затвердевает: образуется гель, по виду напоминающий студень. Из-за того что структура твердой фазы этой субстанции очень нежная, ее приходится сушить в особых, сверхкритических условиях. Искусство состоит в том, чтобы блоки материала получились целыми и прозрачными. При всех полезных свойствах они довольно хрупкие — их легко сломать руками.

Научные исследования по разработке технологии синтеза аэрогеля в СССР начались в новосибирском Академгородке тридцать лет назад. Работы инициировал сотрудник Института ядерной физики СО АН СССР доктор физико-математических наук Алексей Павлович Онучин, известный ученый, специалист в области экспериментов на встречных пучках. Для этих опытов физики традиционно используют черенковские счетчики, которые детектируют излучение Вавилова-Черенкова. Его вспышку вызывает заряженная частица, движущаяся в определенной среде, и лучше всего для регистрации фотонов по своим свойствам подходит именно аэрогель.

Ученые ИЯФ обратились к своим коллегам из Института катализа СО АН СССР, где с подачи доктора химических наук Юрия Ивановича Ермакова началось производство инновационного материала. Сейчас можно с уверенностью сказать, что те исследования на годы опередили современный тренд на работы в этой области нанотехнологий, а западные коллеги сумели повторить достижения новосибирских специалистов только в конце 1990-х.

Изначально аэрогель применяли в детекторе элементарных частиц КЕДР, который работает на установке ВЭПП-4М Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН. Ученым Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН пришлось изготовить 2000 литров этого материала.

Специалисты утверждают, что новосибирский аэрогель по ряду параметров является лучшим в мире и превосходит зарубежные аналоги — например, японского производства. Сейчас ИК СО РАН и ИЯФ СО РАН активно сотрудничают с Национальной лабораторией Томаса Джефферсона (США) — блоки материала изготавливаются для американских специалистов, изучающих свойства адронов. Ранее новосибирский продукт использовался для экспериментов, которые проводит ЦЕРН, а сейчас применяется в универсальном детекторе AMS02 на Международной космической станции — прибор регистрирует потоки протонов, антипротонов и ядер.

— Аэрогель уже применялся в космических экспериментах для ловли микрометеоритов и космической пыли — эти опыты проводились на станции «Мир» и американских шаттлах, — отмечает старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН кандидат физико-математических наук Евгений Анатольевич Кравченко. — В рамках проекта Stardust специальный аппарат захватывал вещество, находящееся в хвосте кометы Вильда-2, в блоки аэрогеля, поскольку именно этот материал способен затормозить летящие на чрезвычайно высокой скорости частицы без их перегрева и без разрушения даже органических молекул.

В дальнейшем аэрогель предполагается использовать для регистрации элементарных частиц в будущем коллайдере ИЯФ СО РАН — Супер Чарм-Тау фабрике. Впрочем, фундаментальная наука — не единственная сфера приложения этого материала. Среди твердых веществ он является лучшим по теплоизолирующим свойствам — в частности, его эффективность на 50 процентов выше, чем у пенопласта.

— Если внутрь теплоизолирующей панели, где между стенок находится вакуум, добавить аэрогель, то ее свойства значительно улучшатся, — отмечает старший научный сотрудник Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН кандидат химических наук Александр Федорович Данилюк.

Еще одно интересное свойство материала — способность пропускать видимый свет, задерживать инфракрасное излучение и аккумулировать тепло. Прозрачные панели из аэрогеля можно помещать внутрь стеклопакета: это позволит даже в Сибири строить дома с окнами во всю стену и не бояться, что внутри будет холодно.

Как отмечают ученые, пока это очень дорогой метод, но технологически к его применению в строительстве нет никаких препятствий, и внедрение можно ожидать уже в ближайшие десятилетия. Сейчас на западе началось промышленное применение аэрогелевой крошки, которую используют для теплоизоляции в стеклопакетах.

По словам Евгения Анатольевича Кравченко, аэрогель достаточно эффективен и как звукоизолятор — это можно применять при строительстве пассажирских самолетов, чтобы максимально снизить шум от двигателей в салоне.

Павел Красин

Фото Натальи Купиной

Как создать аэрогель: новосибирские эксперименты

Высокотехнологичные материалы, которые производят ученые новосибирского Академгородка, можно использовать не только в космических опытах или экспериментах на встречных пучках, но также в стеклопакетах и при теплоизоляции зданий.

Тим Скоренко

Наталья Купина

Материал портала «Наука в Сибири».

Аэрогели — это особые структуры, в которых жидкая фаза полностью замещена газообразной. Они обладают целым рядом уникальных свойств: твёрдостью, прозрачностью, жаропрочностью, чрезвычайно низкой теплопроводностью и так далее.

Как же производят аэрогель? Его синтез состоит из нескольких стадий. Сначала необходимо смешать раствор, содержащий соединения кремния, с катализатором и водой. После протекания химической реакции в нем появляются очень маленькие, размером в несколько нанометров, нерастворимые частицы кремнезема. Когда их становится много, они начинают слипаться в длинные цепочки, которые затем переплетаются, и масса становится неподвижной. Далее получившееся вещество затвердевает: образуется гель, по виду напоминающий студень. Из-за того, что структура твердой фазы этой субстанции очень нежная, ее приходится сушить в особых, сверхкритических условиях. Искусство состоит в том, чтобы блоки материала получились целыми и прозрачными. При всех полезных свойствах они довольно хрупкие — их легко сломать руками.

Научные исследования по разработке технологии синтеза аэрогеля в СССР начались в новосибирском Академгородке тридцать лет назад. Работы инициировал сотрудник Института ядерной физики СО АН СССР доктор физико-математических наук Алексей Павлович Онучин, известный ученый, специалист в области экспериментов на встречных пучках. Для этих опытов физики традиционно используют черенковские счетчики, которые детектируют излучение Вавилова-Черенкова. Его вспышку вызывает заряженная частица, движущаяся в определенной среде, и лучше всего для регистрации фотонов по своим свойствам подходит именно аэрогель.

Ученые ИЯФ обратились к своим коллегам из Института катализа СО АН СССР, где с подачи доктора химических наук Юрия Ермакова началось производство инновационного материала. Сейчас можно с уверенностью сказать, что те исследования на годы опередили современный тренд на работы в этой области нанотехнологий, а западные коллеги сумели повторить достижения новосибирских специалистов только в конце 1990-х.

Изначально аэрогель применяли в детекторе элементарных частиц КЕДР, который работает на установке ВЭПП-4М Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН. Ученым Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН пришлось изготовить 2000 литров этого материала.

Специалисты утверждают, что новосибирский аэрогель по ряду параметров является лучшим в мире и превосходит зарубежные аналоги — например, японского производства. Сейчас ИК СО РАН и ИЯФ СО РАН активно сотрудничают с Национальной лабораторией Томаса Джефферсона (США) — блоки материала изготавливаются для американских специалистов, изучающих свойства адронов. Ранее новосибирский продукт использовался для экспериментов, которые проводит ЦЕРН, а сейчас применяется в универсальном детекторе AMS02 на Международной космической станции — прибор регистрирует потоки протонов, антипротонов и ядер.

— Аэрогель уже применялся в космических экспериментах для ловли микрометеоритов и космической пыли — эти опыты проводились на станции «Мир» и американских «Шаттлах», — отмечает старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН кандидат физико-математических наук Евгений Анатольевич Кравченко. — В рамках проекта Stardust специальный аппарат захватывал вещество, находящееся в хвосте кометы Вильда-2, в блоки аэрогеля, поскольку именно этот материал способен затормозить летящие на чрезвычайно высокой скорости частицы без их перегрева и без разрушения даже органических молекул.

В дальнейшем аэрогель предполагается использовать для регистрации элементарных частиц в будущем коллайдере ИЯФ СО РАН — Супер Чарм-Тау фабрике. Впрочем, фундаментальная наука — не единственная сфера приложения этого материала. Среди твердых веществ он является лучшим по теплоизолирующим свойствам — в частности, его эффективность на 50 процентов выше, чем у пенопласта.

— Если внутрь теплоизолирующей панели, где между стенок находится вакуум, добавить аэрогель, то ее свойства значительно улучшатся, — отмечает старший научный сотрудник Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН кандидат химических наук Александр Федорович Данилюк.

Еще одно интересное свойство материала — способность пропускать видимый свет, задерживать инфракрасное излучение и аккумулировать тепло. Прозрачные панели из аэрогеля можно помещать внутрь стеклопакета: это позволит даже в Сибири строить дома с окнами во всю стену и не бояться, что внутри будет холодно.

Как отмечают ученые, пока это очень дорогой метод, но технологически к его применению в строительстве нет никаких препятствий, и внедрение можно ожидать уже в ближайшие десятилетия. Сейчас на западе началось промышленное применение аэрогелевой крошки, которую используют для теплоизоляции в стеклопакетах.

По словам Евгения Анатольевича Кравченко, аэрогель достаточно эффективен и как звукоизолятор — это можно применять при строительстве пассажирских самолетов, чтобы максимально снизить шум от двигателей в салоне.

Павел Красин

Изготовление аэрогеля, это не для слабонервных

• по:

Аль Уильямс

Аэрогель — эта смесь воздуха и кремнезема — один из тех материалов, которые кажутся чудом. Его почти нет, так как материал на 99% состоит из воздуха. [NileRed] хотел сделать свой собственный, и он задокументировал свою работу в недавнем видео, которое вы можете посмотреть ниже.

Если вы решите воспроизвести его результат, будьте осторожны с тетраметилортосиликатом. Вот что он говорит об этом:

И самое приятное то, что когда он попадает в глаза, он проникает под поверхность, а его частицы слишком малы, чтобы их можно было удалить. По этой причине можно навсегда ослепнуть.

Он также может испортить ваши легкие, поэтому вам, вероятно, понадобится вентиляционный колпак, чтобы действительно работать с этим. Это тоже недешево. С остальными вещами, которые вам понадобятся, справиться проще: метанол, дистиллированная вода и аммиак.

Процесс включает в себя разработку силикагеля и последующую сушку. Звучит просто, но вы увидите в видео, что это не так просто, как кажется. [NileRed] усложнил задачу, потому что хотел сделать красивые формы из аэрогеля, несмотря на то, что он очень хрупкий. Конструкция формы на самом деле очень умна и требует похода в долларовый магазин.

Для высыхания материала требуется намного больше метанола, чтобы вытеснить воду. Затем можно удалить метанол, оставив воздух в материале. Для этого требуется, чтобы CO ₂ вытеснил метанол, а затем быстро преобразовал жидкий CO ₂ в газ. Су-вид плита нашла новое применение в этом процессе.

Это был не быстрый проект. Видео длится 43 минуты, и мы не можем придумать, где бы вы что-то вырезали, кроме рекламы других видео за последние несколько минут.

Учитывая, что вы можете купить диск или цилиндр из аэрогеля примерно за 40 долларов, мы не уверены, что собираемся спешить с повторением этого эксперимента. С другой стороны, мы были очень впечатлены работой, и было интересно увидеть решения сложных проблем.

Существуют и другие материалы, которые могут образовывать аэрогели, включая керамику. [Бен Красноу] в прошлом делал похожее видео, в котором используется очень похожий процесс, но у него не было умных форм, которые использует [NileRed].

Рубрика: НаукаМетки: аэрогель, Химия, материалы

Вот как сделать аэрогель в Subnautica

Если вы хотите сделать специальное оборудование, такое как костюм креветки в Subnautica , вам понадобится создать усовершенствованный материал под названием аэрогель .

Как сделать аэрогель в Subnautica

На первый взгляд, аэрогель может показаться невозможным, так как он должен быть изготовлен из двух ингредиентов — мешков с гелем и рубинов — которые вы вряд ли встретите случайно. Однако, если вы ищете гелевые мешочки и рубины, у нас есть гелевые мешочки и рубины. О, они у нас есть.

Subnautica — где найти мешки с гелем

Начиная со спасательной капсулы, вам нужно двигаться между югом и юго-западом. Чтобы сделать это на глаз, вам нужно двигаться по прямой линии, начиная с середины между вашей капсулой и Авророй, и вам нужно двигаться в направлении двигателей Авроры.

Предполагая, что вы идете в правильном направлении, вы должны пройти через биом ползучей лозы и снова выйти на другой стороне в песчаном биоме. В конце концов пейзаж исчезнет, ​​и вам нужно будет спуститься примерно на 200 м в скалистой местности. В конце концов вы должны прийти к голубым шарам, светящимся в темноте.

Если вы не найдете их вскоре после спуска, идите немного на запад, подальше от Авроры. Мешочки с гелем можно найти вокруг основания синих шаров, если поискать поблизости. Если у вас нет модуля глубины для вашего морского мотылька, вам, возможно, придется плыть к травянистым участкам внизу, но вы ищете маленькие шарики со светящимися кругами на них.

Допустим, у вас есть несколько кашпо на базе — в этом случае вам нужен только один гелевый мешок . Посадите мешочек с гелем, и вы сможете получить два семечка из одного, ударив по нему ножом. Третий удар выкопает его, но вы можете продолжать наносить новые удары дважды, как только они вырастут, бесконечно увеличивая ваши запасы материала.

Subnautica — где найти рубины

На самом деле вы можете найти рубина на глубине около 200 м в том месте, где вы найдете мешочки с гелем, но вам следует искать на склоне утеса, а не у основания. из синих шаров.

Еще одно хорошее место для рубинов — это немного западнее-севернее от спасательной капсулы. По пути вы пройдете через биом ползучей лозы. Как только он упадет, вы плывете примерно на 200 м, минуя затонувший корабль «Аврора» и, в конце концов, приплывая к плавучим островам.

На некоторых из этих парящих островов есть небольшие системы пещер, и это гарантированное место для поиска рубинов.