Аэрогель своими руками: Силикатный аэрогель домашней выпечки — Переводы иноязычных блогов — LiveJournal

Три технологии в одной: аэрогель из графена, напечатанный на 3D принтере

Химики придумали новый способ получения аэрографена – необычайно легкого материала с уникальными свойствами

Когда мы говорим о чем-то легком и невесомом, то часто употребляем прилагательное «воздушный». Однако воздух все равно обладает массой, хоть и небольшой – один кубометр воздуха весит немногим более килограмма. Можно ли создать твердый материал, который занимал бы собой, к примеру, кубический метр, но при этом весил бы меньше килограмма? Такую проблему решил еще в начале прошлого века американский химик и инженер Стивен Кистлер, который известен как изобретатель аэрогеля.

Созданная с помощью 3D печати макроструктура аэрографена придает ему уникальные механические свойства, при этом материал не теряет своей «графеновой» природы. Фото: Ryan Chen/LLNL

Аэрогели представляют собой удивительно легкие материалы, обладающие к тому же заметной прочностью. Так, кубик аэрогеля может выдерживать на себе вес, в тысячу раз превышающий его собственный. Фото: Kevin Baird/Flickr

В 2013 году химики создали аэрографен – на сегодняшний день самый легкий из известных твердых материалов. Его вес в восемь раз меньше веса воздуха, который занимает тот же объем. Фото: Imaginechina/Corbis

‹

›

Открыть в полном размере

Наверное, у большинства читателей первая ассоциация со словом «гель» связана с каким-нибудь косметическим средством или бытовой химией. Хотя на самом деле гель – это вполне химический термин, которым называют систему, состоящую из трехмерной сетки макромолекул, своего рода каркаса, в пустотах которого находится жидкость. За счет этого молекулярного каркаса тот же гель для душа не растекается по ладони, а принимает осязаемую форму. Но назвать такой обычный гель воздушным никак нельзя – жидкость, которая составляет большую его часть, почти в тысячу раз тяжелее воздуха. Вот тут у экспериментаторов и возникла идея, как сделать ультралегкий материал.  

Если взять жидкий гель, и каким-то способом убрать из него воду, заменив ее на воздух, то в результате от геля останется только каркас, который будет обеспечивать твердость, но при этом практически не иметь веса. Такой материал и получил название аэрогеля. С момента его изобретения в 1930 году среди химиков началось своего рода соревнование по созданию самого легкого аэрогеля. Долгое время для его получения использовали в основном материал на основе диоксида кремния. Плотность таких кремниевых аэрогелей составляла от десятых до сотых долей грамма на кубический сантиметр. Когда в качестве материала стали использовать углеродные нанотрубки, то плотность аэрогелей удалось уменьшить еще практически на два порядка. Например, аэрографит имел плотность 0,18 мг/см³. На сегодняшний день пальма первенства самого легкого твердого материала принадлежит аэрографену, его плотность всего 0,16 мг/см³. Для наглядности, метровый куб, сделанный из аэрографена, весил бы 160 г, что в восемь раз легче воздуха.

Однако химиками движет отнюдь не только спортивный интерес, и графен в качестве материала для аэрогелей стали использовать совсем не случайно. Сам по себе графен обладает массой уникальных свойств, которые во многом обусловлены его плоской структурой. С другой стороны, аэрогели тоже имеют особенные характеристики, одна из которых – огромная площадь удельной поверхности, которая составляет сотни и тысячи квадратных метров на грамм вещества. Такая огромная площадь возникает из-за высокой пористости материала. Совместить специфические свойства графена с уникальной структурой аэрогелей у химиков уже получилось, но исследователям из Ливерморской национальной лаборатории для создания аэрографена зачем-то понадобился еще и 3D принтер.

Для того чтобы напечатать аэрогель, сперва потребовалось создать специальные чернила на основе оксида графена. Помимо того, что из них должен получится аэрографен, надо, чтобы такие чернила были пригодны для 3D печати. Решив эту задачу, химики получили в свои руки метод, по которому можно изготавливать аэрографен с нужной микроархитектурой. Это очень важно, поскольку кроме свойств, присущих графену, такой материал будет иметь еще и интересные физические свойства. Например, тот образец, который получили авторы исследования, оказался на удивление упругим – кубик из аэрографена можно было без вреда для материала сжимать в десять раз, при этом он не терял своих свойств при повторных сжатиях-растяжениях.

Способность к многократному сжатию отличает напечатанный аэрографен от полученного «обычным» путем. Одним из практических применений нового аэрографена могут стать гибкие электрические аккумуляторы, где большая внутренняя поверхность материала будет использована в качестве электрода, в то время как напечатанная структура придаст ему нужную гибкость.

Фото: Ryan Chen/LLNL, Kevin Baird/Flickr, Imaginechina/Corbis

По материалам Nature Communications и  LLNL

Создан материал для сверхмощных искусственных мускулов

Создан материал для искусственных мускулов, способных одинаково хорошо работать в жидком азоте и расплавленном железе. Гель чуть тяжелее воздуха, жёстче стали и эластичней резины за миллисекунды расширяется втрое и становится плотнее, когда его растягивают.

Если бы кинофильм «Терминатор-2: Судный день» снимали не 18 лет назад, а сегодня, авторам пришлось бы долго чесать в затылке, чтобы избавиться и от героя Арнольда Шварценеггера, и от его более совершенного аналога T-1000. Первый вполне мог бы выжить в расплавленном железе, а второй — не рассыпаться на мелкие осколки под ливнем жидкого азота.

Группа учёных из Института нанотехнологий при Техасском университете в Далласе создала удивительный материал, который можно использовать для создания искусственных мускулов.

Лента из многостенных углеродных нанотрубок жёстче, чем сталь, эластичней, чем резина, способна расширяться и сжиматься за миллисекунды, прозрачна, хорошо проводит ток и превосходно работает в диапазоне температур от –200 до +1600 по Цельсию.

А возможно, и при более экстремальных температурах. Указанные пределы — это границы, в которых авторам работы, опубликованной в сегодняшнем номере Science, удалось проверить свойства материала. Среди авторов работы немало учёных с русскими фамилиями, а руководит исследованиями профессор химии Техасского университета, директор университетского Института нанотехнологий Рей Бомен, оказавшийся ко всему прочему ещё и иностранным членом РАЕН, что в очередной раз подтверждает, что не место красит человека, а как раз наоборот.

Изготовление чудо-лент

Чтобы получить полоски из аэрогеля, учёные сначала выращивают на специальной подложке «лес» многостенных углеродных нанотрубок, а затем увлекают часть из них за клейкой лентой. За каждую из увлечённых цепляются другие…

Новый материал — аэрогель из многослойных углеродных нанотрубок, то есть вещество, большую часть объёма которого занимает воздух. Благодаря этому ленты из него почти невесомы: кубометр воздуха весит 1,2–1,3 кг, а кубометр аэрогеля весил бы 1,5 кг, если бы кому-нибудь в голову пришло насинтезировать так много этого материала. Пока его синтезируют полосками толщиной 0,05 миллиметра, шириной в несколько сантиметров и длиной под метр; всего 3 граммами таких ленточек можно покрыть сотку земли. Оставшиеся 200–300 граммов на кубометр, которые не компенсирует сила Архимеда, — это углеродные нановолокна, похожие на рулоны огородной сетки-рабицы, только не с ромбовидными, а шестиугольными ячейками, в вершинах которых сидят атомы углерода; в среднем в каждом рулоне 9–10 слоёв «сетки».

Кажется, что у нового материала удивительны и часто уникальны все механические свойства.

Можно начать с анизотропии — отличия механических свойств по разным направлениям. По словам Джона Мэддена из Университета канадской провинции Британская Колумбия, написавшего для Science комментарий к статье Бомена и коллег, на ощупь этот аэрогель «похож на алмаз с одной стороны и на резину с другой». В продольном направлении (в котором ориентированы нанотрубки) аэрогель практически невозможно сжать на величину больше нескольких процентов, а в поперечных он сжимается лучше, чем самая мягкая резина.

Правда, говорить, что он «прочнее стали», — лукавство. В данном случае имеется в виду удельная жёсткость на единицу массы. Будучи в 5 тысяч раз менее плотным, чем сталь, аэрогель значительно уступает металлу, если сравнивать образцы одинакового объёма, — даже в том случае, если сжать ленту по толщине в 400 раз (как показали техасские учёные, при этом её механические свойства в других направлениях не меняются). Тем не менее исключительная удельная жёсткость — большой плюс, к примеру, для космических приложений, где каждый грамм выведенного на орбиту оборудования может стоить тысячи и тысячи долларов.

Наноразмер имеет значение

Создан наноматериал, который при растяжении может становиться как тоньше – как все нормальные вещества…

29 апреля 13:04

Есть у материала и ещё одно удивительное свойство: он становится плотнее, когда его растягиваешь вдоль длины ленты, и менее плотным, когда сжимаешь в том же направлении. Коэффициент Пуассона, показывающий на сколько процентов расширяется вещество в стороны, когда сжимаешь его вдоль на 1%, составляет у аэрогеля около 15, в то время как у обычных веществ он не может превосходить 0,5. В отличие от всех других материалов, на дне Марианской впадины, под огромным давлением, равномерно приложенным со всех сторон, цилиндрик из аэрогеля стал бы не короче, а длиннее.

Но самое интересное, конечно, его электромеханические свойства, которые и позволяют надеяться на применение в качестве «искусственных мускулов» для роботов.

Если приложить к ленте высокое напряжение относительно «земли», он сильно и почти мгновенно — за миллисекунды — расширяется в поперечных направлениях. К примеру, если потенциал на ленте составляет 4 кВ, он почти вдвое распухает по ширине и почти втрое – по толщине. Это связано со взаимным электростатическим отталкиванием нанотрубок, на которых при таком напряжении оказывается исключительно много «лишних» электронов.

Одновременно, при этой зарядке материал чуть-чуть, на доли процента, сжимается в продольном направлении, что связано опять же с аномально высоким коэффициентом Пуассона. При этом развивается огромная сила. Если использовать сжатые в сотни раз плёнки (это, как мы помним, не меняет механических и электромеханических свойств), аэрогель оказывается в 30 раз сильнее биологических мышц.

Грубо говоря, если своими руками вы можете лёжа поднять 150 кг, то такими же руками из «аэрогельных» мышц смогли бы выжать 5 тонн.

Бронетрусы из мегананотрубок

Китайские учёные создали ещё одну форму углерода. Колоссальные углеродные трубки внешне похожи на…

19 августа 16:09

Впрочем, за счёт огромной жёсткости материала эта сила означает очень небольшое перемещение: поднять 5 тонн вы смогли бы не на метр, а лишь на несколько сантиметров. В работе аэрогель даёт лишь примерно 30% выигрыша против настоящих, живых мышц. Зато, учитывая его способность проводить тысячи сокращений в секунду, выигрыш в мощности может составить десятки и сотни раз.

Но использовать этот материал в протезах и трансплантатах пока никто не собирается — всё-таки необходимые для работы киловольты никак не похожи на потенциалы активации мышц в живых организмах. Да и про роботов учёные пока не особо задумываются. По их словам, прозрачный, проводящий, лёгкий аэрогель с очень необычными свойствами скорее найдёт своё первое применение в качестве электродов для органических светодиодов, солнечных батарей и подобных материалов. Но чем чёрт не шутит.

Easy DIY ГЕЛЕВЫЕ ОСВЕЖИТЕЛИ ВОЗДУХА с эфирными маслами. (Отличная идея подарка своими руками)!

Разве вы не любите аромат Рождества в воздухе?

Конечно знаю. Для меня ничто не сравнится с запахом настоящей рождественской елки в моей гостиной. Или запах корицы, гвоздики и имбиря в моей кухне. Но есть кое-что, что мне не нравится в праздничных ароматах — отвратительные токсичные химикаты, используемые в коммерческих продуктах для освежения воздуха. (Что-то портит радость). Вот почему я люблю этот рецепт приготовления домашних гелевых освежителей воздуха с чистыми эфирными маслами. Эфирные масла предлагают реальную выгоду, когда дело доходит до аромата, потому что они перегоняются прямо из самих растений. И есть еще одно небольшое преимущество: когда вы используете чистые масла терапевтического класса для ароматизации своего дома, это может быть даже полезно для здоровья.

В этом году к Рождеству мы относимся немного по-другому. .. 

Сегодняшние маленькие самодельные освежители воздуха просты и экологичны. Я взволнован простым и устойчивым в этом году. Во-первых, мы вышли в субботу после Дня Благодарения и вместо того, чтобы купить срубленное дерево в этом году, мы купили дерево в горшке. Симпатичная маленькая боснийская сосна. Мы получили его из местного сельского питомника. Поймите: оно стоило почти столько же, сколько свежесрубленное дерево, но оно проживет, наверное, дольше нас! Мы планируем посадить наше дерево 2015 года (и каждое последующее дерево в ближайшие годы) прямо здесь, на нашей ферме.

Нам это кажется таким блестящим! Мы хотели создать несколько насаждений деревьев для уединения, и это один из способов, которым мы собираемся это сделать. (Не поймите меня неправильно, мы любим наших соседей, но по какой-то причине, хотя у всех у нас несколько акров земли, наши дома оказались сгруппированы довольно близко друг к другу. Думаю, это может быть мило, когда вы чувствуете себя болтливым. Но я’ Держу пари, они устают смотреть на меня в пижаме и с сумасшедшей утренней прической, когда я выхожу кормить цыплят).

Давайте посмотрим, что еще мы делаем по-другому? Ах да, кроме маленького деревца в горшке на моем крыльце, которое ждет, чтобы его занесли внутрь в канун Рождества (потому что вы не хотите, чтобы деревце в горшке слишком долго болталось в помещении, иначе оно выйдет из состояния покоя и умрет весной), кроме того , мы делаем это старомодное, домашнее Рождество со всех сторон. я имею в виду домашнее все . Самодельные подарки, самодельные украшения и домашняя еда. Звучит весело, правда? Это может звучать как работа, но это такая веселая работа, которой может наслаждаться вся семья. Работа, которая делает жизнь снова простой.

Самодельная украшенная елка может
 развлечь всю семью. Сидеть вокруг
и делать валяные украшения из попкорна
и клюквенных гирлянд — это отличный
способ замедлиться, пообщаться с семьей
и упростить праздники. (Да,

Я сделал этого проходимца!)

Я думаю, что вся эта самоделка началась с бойкота Черной пятницы. Вы знаете, безумие трафика, мега-потребительство, паническое бегство в Walmart за рекламируемым товаром, который все хотят, но только пять человек уходят? Черная пятница — та вещь, которая занимает у всех всего несколько часов после того, как вы сели за стол, чтобы насладиться праздником в честь благодарности? Да, т шляпа Черная пятница.

Все началось с отказа от участия в Черной пятнице. Мы начали думать о Рождестве и подумали, Почему нужно отказаться только от одного дня безумия? Откажемся от целого сезона! Давайте опустим безумие на дорогах, сварливые покупки и перерасходы, которые омрачают большую часть Рождества, и давайте начнем НАСТОЯЩЕЕ. Вот что мы решили сделать.

В духе рождественского самоделки, как насчет того, чтобы вместе сделать праздничные освежители воздуха? Они такие милые, что их легко можно превратить в подарок, сделанный с любовью, для кого-то особенного. Вы готовы? Тогда давайте начнем, не так ли?

Как сделать гелевые освежители воздуха с праздничными ароматами…

Что вам понадобится

1 стакан воды
2 чайные ложки соли
2 упаковки. неароматизированный желатин (1/2 0 унции)
4–5 стеклянных банок с мазью с крышками (размером 2 унции)
1 капля пищевого красителя на банку (необязательно)
10–15 капель эфирного масла на банку

Инструкции

Шаг 1: В маленькой кастрюле смешайте воду и соль. Нагрейте на сильном огне до кипения.

Шаг 2: Снимите кастрюлю с огня и перемешайте или взбейте желатин в горячей воде до полного растворения.

Шаг 3: Разлейте желатиновую смесь по банкам. Добавьте в каждую банку по капле пищевого красителя и перемешайте деревянной шпажкой.

Шаг 4: Дайте банкам немного остыть, затем добавьте 10-15 капель эфирного масла по вашему выбору. Вы можете выбрать свои собственные масла, чтобы придумать бесконечное количество вариантов, но на вставке ниже показаны рецепты, которые я использовал для каждого освежителя воздуха, который я сделал для праздника.

Шаг 5: Дайте банкам остыть и полностью застыть (около 2 часов), затем завинтите крышки и при необходимости протрите банки снаружи. .

Шаг 6: Для использования снимите крышку и поставьте банку на нужное место. Выбросьте гель примерно через 6 недель, но очистите банку и сохраните ее для следующего цикла!

Примечание об используемых маслах: Высококачественные, чистые масла терапевтического класса обладают самым сильным запахом, лучшим ароматом и даже предлагают терапевтические преимущества, которые могут помочь улучшить настроение и самочувствие.

Какой твой любимый рождественский аромат? У вас есть домашний способ направить этот аромат в воздух в вашем доме? Я хотел бы услышать вашу историю в комментариях ниже.

До следующего раза…

Радость — бесстрашная девушка с фермы,

«Девушка с фермы: это глагол, потому что это то, что вы делаете.»

ПОДПИСАТЬСЯ ПО ЭЛЕКТРОННОЙ ПОЧТЕ Нравится то, что вы читаете? Оставайтесь вдохновленными, чтобы вести более простой и самостоятельный образ жизни. Подпишитесь на нашу рассылку новостей и каждую новую публикацию прямо на ваш почтовый ящик ! НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, чтобы подписаться!

Раскрытие информации:  Этот пост содержит партнерские ссылки. Это означает, что если вы перейдете по ссылке и совершите покупку, мы получим небольшой процент комиссионных от компании, у которой вы покупаете. Мы ценим вас как читателя и хотим, чтобы вы знали, что продукты, на которые мы ссылаемся, — это только продукты, которые мы используем сами или которые, по нашему мнению, добавят ценности вашей жизни. Спасибо за поддержку Farm Girl Inspirations! Чтобы прочитать наше полное заявление о раскрытии информации, нажмите здесь.

Товаров, относящихся к этому сообщению:

Другие ссылки по теме:

СОЛИ ДЛЯ ВАНН С ЛАВАНДОВОЙ ШИПУЧКОЙ СДЕЛАЙ САМ: Природное средство не только от болей в мышцах.

Как сделать полностью натуральный БАЛЬЗАМ ДЛЯ ГУБ РОЗОВЫЙ ЛИМОНАД.

Сделай сам Полностью натуральная ЗУБНАЯ ПАСТА настолько хороша, что вы можете отмахнуться от купленных в магазине продуктов и никогда не пропустите их!

САХАРНЫЙ СКРАБ из ванили своими руками: почувствуйте, как ваша кожа наполняется молодостью!

СОЛИ ДЛЯ ВАНН С ЛАВАНДОВОЙ ШИПУТКОЙ Сделай сам: идеальное природное средство не только от болей в мышцах.

КРЕМОЧНОЕ МЫЛО ДЛЯ БРИТЬЯ «Сделай сам»: Вау! Всего 2 ингредиента плюс вода!

Удивительный мир аэрогелей

Поздравляем! Теперь вы счастливый обладатель аэрогеля — удивительного примера того, на что способны химия и материаловедение! Узнайте все об аэрогелях и их невероятных свойствах ниже.

Аэрогели — самые легкие твердые материалы в мире. Теперь, прежде чем вы получите все Теория большого взрыва на нас, это не означает, что каждый аэрогель является самым легким твердым телом в мире. Аэрогели представляют собой разнообразные класс материалов и различаются по плотности, составу, размеру и свойствам. Аэрогель, который у вас есть, — это то, что мы здесь, в Airgel Technologies, называем аэрогелем Classic Silica™, и это невероятный 96% воздуха по объему, остальное сделано из того же материала, из которого сделано стекло — диоксид кремния (SiO ₂ ). Но так же, как пластики, керамика и металлы, существует множество различных типов аэрогелей, о которых вы можете узнать подробнее ниже.

Но подождите, мы толком не ответили, что такое аэрогель теперь , не так ли?

По сути, аэрогель представляет собой нанопористую губку, по структуре очень похожую на кухонную губку, за исключением пор, которые буквально в миллион раз меньше, чем в губке. Мы говорим, что аэрогели — это форма нанотехнологии, потому что они пронизаны огромным количеством нанометровых закоулков, большинство из которых имеют диаметр около 10 нм (всего около 100 атомов в ширину!). Для перспективы это примерно в 10 000 раз меньше диаметра человеческого волоса. Соответственно, ветвистые стойки, составляющие твердую часть аэрогеля, также имеют нанометровый размер.

Так что же такого особенного в аэрогелях? Читать дальше!

Поскольку поры и распорки, из которых состоит аэрогель, очень малы, внутри аэрогеля происходит множество странных физических явлений — странных физических явлений, которые наделяют аэрогели кажущимися сверхспособностями или, выражаясь технически, экстремальными свойствами материалов. А какими «сверхспособностями» обладает аэрогель, зависит от того, из чего сделан аэрогель и его плотности.

Суперизоляция

Самая известная сверхспособность аэрогелевых материалов — их превосходные теплоизоляционные свойства. На самом деле, лучшими изолирующими твердыми материалами в мире являются все аэрогели, что обычно означает аэрогели из диоксида кремния низкой плотности или полимерные аэрогели. Фактически, плитка из аэрогеля толщиной в дюйм (2,5 см) может иметь такую ​​​​же изоляционную способность, как 15 оконных стекол или эквивалент трех дюймов (7,5 см) пенополистирола. Какими бы великолепными ни были плиты из аэрогеля, в реальных условиях вместо них обычно используются гибкие армированные волокнами суперизолирующие одеяла из аэрогеля, такие как Thermal Wrap от Cabot и Spaceloft от Aspen Aerogels, которые сегодня используются для изоляции подводных нефтепроводов, энергоэффективных зданий и зимней одежды. во всем мире.

Устойчивость к высоким температурам

Сверхнизкая плотность

Общим для всех аэрогелей является чрезвычайно низкая плотность, обычно от ~0,6 грамма на кубический сантиметр до 0,00016 г/см3 (ага, это 0,16 миллиграмма за кубический сантиметр)! Это более низкое значение представляет собой мировой рекорд для самого легкого в мире твердого материала, который представляет собой аэрогель из графена. Для сравнения, плотность воды составляет 1 г/см3, тогда как плотность большинства пластиков составляет около 1,2 г/см3, а плотность воздуха составляет около 0,00123 г/см3.

Графеновый аэрогель плотностью 0,16 мг/куб.см

Секунду гуру аэрогеля … как возможно, что твердое тело, наполненное воздухом , может весить на   меньше воздуха?

Хорошо, вы нас поняли. Это число представляет собой плотность структуры аэрогеля минус воздух , что означает, что фактическая плотность этого сверхлегкого графенового аэрогеля составляет 0,16 мг/куб. см плюс плотность воздуха , что составляет около 0,00139 г/куб.см (1,39 мг/куб.см). Но если вы высосете весь воздух или замените его гелием, фактически аэрогелем, этот свет может парить в воздухе, пока воздух не диффундирует обратно в его поры.

Мы знаем, о чем вы сейчас думаете. Можно ли каким-то образом запечатать вакуумированный графеновый аэрогель снаружи и сделать какое-то летательное устройство? Не совсем. Помимо того, что очень сложно делать сверхлегкие аэрогели и, как правило, они имеют низкую механическую прочность, если вы посчитаете, добавление герметика снаружи аэрогеля добавит столько веса, что у вас действительно больше не будет плавающего объекта. . Но может быть. Докажите, что мы ошибаемся!

Сверхвысокое отношение прочности к весу

Одним из замечательных свойств аэрогелей является их невероятно высокое отношение прочности к весу. Большинство аэрогелей могут удерживать приложенную силу, в тысячи раз превышающую их вес. К сожалению, аэрогели голубого кремнезема из знаний НАСА, как правило, имеют низкую вязкость разрушения, а это означает, что, хотя они могут удерживать вес, в тысячи раз превышающий их собственный, они имеют тенденцию легко разрушаться. В результате защемление или протыкание могут очень легко повредить аэрогели Classic Silica™.

Блок силикагеля весом 2 г выдерживает вес кирпича весом 2 кг

Акустическая суперизоляция

Помимо сохранения тепла (или прохлады, в зависимости от того, что вы пытаетесь сделать), аэрогели являются отличными акустическими демпферами, то есть они работают как феноменальная звукоизоляция. Аэрогели Airloy, например, звукоизолируют от 10 до 1000 раз лучше, чем даже пенополиуретан.

Сверхвысокая площадь поверхности

Типичный кусок аэрогеля (скажем, аэрогель на основе диоксида кремния или углеродный аэрогель) имеет площадь поверхности около 700 квадратных метров на грамм — это означает, что аэрогель размером с кубик льда завернут во все уголки и трещины площадью около половины футбольного поля!

Что особенно круто, так это то, что ученые могут помещать вещества на всю эту площадь поверхности, чтобы аэрогели могли делать странные вещи. Одним из примеров является взаимодействие гидроизоляционных агентов со скелетными поверхностями аэрогеля для получения водонепроницаемых или гидрофобных аэрогелей. На самом деле, с гидрофобными частицами аэрогеля вы даже можете сделать себя водонепроницаемым (не волнуйтесь, это временно).

А если аэрогель сделан из электропроводящего вещества, как углеродные аэрогели, то теперь у вас есть потрясающий электродный материал для суперконденсаторов, аккумуляторов и опреснительных фильтров!

Хотите верьте, хотите нет, но аэрогели были впервые изобретены примерно в 1929 году профессором Сэмюэлем Стивенсом Кистлером из Тихоокеанского колледжа. Впервые они были описаны в журнале Nature в 1931 году. На самом деле аэрогель из порошкообразного кремнезема был впервые выпущен на рынок компанией Monsanto (да, той самой Monsanto) в 1940-х годах и использовался даже в качестве изоляции в линейке морозильных камер, хотя и был производство было прекращено в 1970-х годах, когда такие пенопласты, как Styrofoam, впервые стали коммерчески жизнеспособными. Но с 1970-ми также наступила заря эпохи нанотехнологий, и ученые начали ценить аэрогели как наноструктурированные, нанопористые чудеса, которыми они и являются. На протяжении 1980-х годов все больше и больше ученых во всем мире проявляли интерес, и значительные исследовательские усилия под руководством Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса, Национальной лаборатории Лоуренса Беркли и НАСА помогли раздвинуть границы возможностей аэрогелей.

Сегодня существуют десятки тысяч научных статей об аэрогелях, многочисленные книги и три основных коммерческих производителя: Aspen Aerogels, Cabot Aerogel и Airgel Technologies.

Некоторые люди предполагают, что аэрогели на самом деле представляют собой некую форму инопланетной технологии, которая была реконструирована учеными после Розуэлла. В 207-м эпизоде ​​сериала Брэда Мельцера «9».0185 Расшифровано , «НЛО», например, Брэд пытается связать аэрогели с инопланетными технологиями, отмечая, что у Боба Лазара (известного в Зоне 51) есть компания, которая в прошлом продавала аэрогель, и отмечает «… людей, которые утверждают, что контактировали с инопланетянами, а также продолжают внезапно изобретать материалы и технологии, которых Земля никогда не видела [например, аэрогели]». Брэд, вы нас довели до аэрогеля, потому что мы случайно знаем, откуда взялся аэрогель United Nuclear, и, поверьте нам, это не инопланетный космический корабль.

Аэрогели различных типов сегодня используются во многих областях. Вот некоторые области применения различных аэрогелевых материалов:

Аэрогелевые композитные покрытия

• Изоляция подводных нефтепроводов
• Строительная изоляция, особенно в условиях ограниченного пространства
• Кровля из светопроницаемой изоляционной ткани

Гидрофобные частицы силикагеля

• Энергоэффективные световые люки
• Защитные покрытия, предотвращающие ожоги при контакте с трубами горячего пара
• Матирующие вещества для красок и косметики

Монолитные силикагелевые панели

• Химические датчики
• Черенковские детекторы частиц в ускорителях частиц, включая Большой адронный коллайдер
• Изобразительное искусство и скульптура
• Изолирующая электроника на космических кораблях, включая марсоходы Mars Exploration Rover (MER)
• Сбор кометной пыли (миссия Stardust)

Углеродные аэрогели

• Электроды для суперконденсаторов
• Электроды для аккумуляторов
• Электроды для систем обессоливания
• Подложки для выращивания углеродных нанотрубок

Аэрогели Airloy Strong

• Сверхлегкие пластиковые заменители для планшетов и смартфонов
• Сверхлегкие панели для самолетов и авторефрижераторов
• Бронежилеты

Аэрогели начинают свою жизнь в виде гелей, физически похожих по консистенции на пищевой желатин. Как Микеланджело Давид уже был в мраморе, и все, что нужно было сделать Микеланджело, это раскрыть его, материал, который будет аэрогелем, уже находится внутри геля, его просто нужно выделить. Видите ли, гели состоят из двух компонентов: нанопористого, похожего на губку твердого каркаса, который придает гелю твердую связность, и жидкости, которая проникает в поры этого каркаса. Материал, который будет аэрогелем, — это первая часть, нам просто нужно заменить жидкость в его порах воздухом. Но нам нужно быть осторожными в том, как мы это делаем, потому что, если мы просто испарим жидкость из геля, твердый скелет геля разрушится сам по себе, в результате чего получится плотное твердое тело, которое не является аэрогелем. Это связано с капиллярными напряжениями, возникающими при испарении жидкости из наноразмерных пор гелей, которые вызывают втягивание распорок гелевого каркаса друг в друга. Эти стойки покрыты липкими химическими группами, такими как гидроксильные группы (-ОН), которые затем прилипают друг к другу, в результате чего стойки остаются слипшимися друг с другом после разрушения, в результате чего образуется уплотненное твердое вещество. Чтобы обойти это, обычно используется процесс, называемый сверхкритической сушкой (хотя есть и другие методы). В этом процессе жидкость в геле нагревается и подвергается давлению выше характерной температуры и давления, характерных для жидкости в порах геля, то есть ее критической точки. В этих условиях жидкость превращается в полужидкость/полугаз, называемую сверхкритической жидкостью, которая может мягко диффундировать из пор геля подобно газу и сбрасываться под давлением, не вызывая капиллярного напряжения. При достижении условий окружающей среды сухой нанопористый твердый скелет геля сверхнизкой плотности остается изолированным от его жидкой составляющей. Этот материал — аэрогель.

Для облегчения сверхкритической сушки жидкость в геле можно заменить жидкой двуокисью углерода перед сверхкритической сушкой. Это связано с тем, что большинство жидкостей, таких как спирты, имеют критические точки в несколько сотен градусов и давление почти в 100 атмосфер и в этих условиях являются опасными горючими и взрывоопасными. Углекислый газ, с другой стороны, имеет критическую точку всего 87,7 ° F (31,1 ° C) при 1071 фунтах на квадратный дюйм (73,4 атм) и не воспламеняется, что упрощает и безопаснее сверхкритическую сушку аэрогелей.

Но сверхкритическая сушка — не единственный способ получения аэрогеля. Некоторые гели, особенно если они обработаны таким образом, что их твердые скелеты становятся гидрофобными (водоотталкивающими), могут быть высушены путем замачивания в ряде растворителей до тех пор, пока жидкость в геле почти на 100% не станет растворителем с очень низким поверхностным натяжением. таких как пентан, гексан или гептан. Затем растворитель можно медленно высушить выпариванием или в вакууме при осторожном нагревании. Во время этого процесса скелет геля немного сожмется, однако, поскольку его поверхность была сделана гидрофобной, его распорки не могут прилипать друг к другу, и скелет может «отпрыгивать» после высыхания, образуя аэрогель.

Теперь, когда вы прочитали об аэрогелях, о том, как они сделаны, и обо всех удивительных вещах, которые они могут делать, вот некоторые характеристики вашего аэрогеля :

• Плотность: 0,1 г/см3 (~96 %)
• Состав: Гидрофильный (водопоглощающий) диоксид кремния (SiO ₂ )
• Площадь поверхности: ~700 м ² /г
• Плотность скелета: 1,9 г/куб. см
• Метод сушки: Сверхкритическая сушка из CO ₂
• Изготовитель: Airgel Technologies, LLC
• Место изготовления: Бостон, Массачусетс, Соединенные Штаты Америки

1. Правило номер один: не щипайте и не протыкайте аэрогель!   Хотя аэрогели Classic Silica™, в принципе, могут удерживать в тысячи раз больше своего веса при сжатии , они очень хрупкие и легко разрушаются даже при легком нажатии пальцами.
2. Вытрите с рук всю влагу.
3. Откройте пластиковую коробку для образцов и осторожно выдавите аэрогель себе на руку.
4. Чтобы передать аэрогель кому-то другому, высыпьте его из своей руки в его руку.
5. Когда закончите, поместите аэрогель обратно в коробку для образцов.

Одним из наиболее привлекательных аспектов кремнеземных аэрогелей являются их удивительные оптические свойства. Вот несколько интересных вещей, которые стоит попробовать:

На сайте Aerogel.