В марте 2013 года научные порталы и техно-издания сообщили о впечатляющем рекорде: исследователи из Чжэцзянского университета (Ханчжоу, Китай) создали новый материал — графеновый аэрогель, кубический сантиметр которого весит всего 0,16 мг. Получается, он в 7,5 раз легче воздуха!
Кажется невероятным: как твёрдое вещество может иметь столь малую плотность и при этом сохранять структуру?
Аэрогель — материал с поистине парадоксальными свойствами. С первого взгляда поверить в его характеристики трудно: твёрдое тело, на 99,8% состоящее из воздуха, выдерживает нагрузку, превышающую собственный вес в 4000 раз. По прочности на сжатие он превосходит многие природные и искусственные вещества, при этом оставаясь почти невесомым.
Подписывайтесь на мой второй канал, про жареные факты стран, эксклюзивные советы перед посещением стран и просто любители путешествий:
https://dzen.ru/turist_prikolist
Свойства, противоречащие здравому смыслу
Аэрогели устойчивы к высоким температурам, «дышат» благодаря своей пористой структуре, могут впитывать воду, нефть или другие жидкости. В зависимости от химического состава они проявляют себя то как отличные изоляторы, то как проводники электричества. Однако с момента изобретения (а ему почти сто лет!) их практическое использование ограничено — и главная причина в высокой цене.
Себестоимость одного кубического сантиметра силика-аэрогеля оценивается в тысячу долларов, и это без учёта временных затрат на производство. Получается, что грамм вещества обходится дороже золота. К тому же материал крайне хрупкий: он выдерживает давление, но не переносит ударов и механических нагрузок.
Немного истории: как появился первый аэрогель
Создателем материала считается Сэмюэл Кистлер. В 1920-х он впервые получил аэрогель из алкогеля — разновидности силикагеля, насыщенного спиртом. Казалось бы, нужно просто заменить жидкость в порах газом. Но грубое удаление жидкости разрушает сетчатую структуру.
- Кистлер решил проблему: нагревал гель до критической точки (где различие между жидкостью и газом стирается), затем снижал давление, сохраняя температуру. После этого понижал температуру — и жидкость не возвращалась в поры, оставляя их заполненными газом. Так появился первый аэрогель.
Из чего делают аэрогели
Современные аэрогели могут быть силикатными, углеродными или металлическими:
- Силика-аэрогели имеют голубоватый оттенок за счёт рассеяния коротковолнового света — так же, как небо выглядит синим.
- Углеродные аэрогели чёрные, лёгкие и проводящие электричество. Их применяют в суперконденсаторах и топливных элементах.
- Металло-аэрогели служат катализаторами, участвуют в производстве наноматериалов и отличаются разнообразием цветов в зависимости от используемого металла.
От космоса до кухни
Пожалуй, самый известный пример применения аэрогеля — миссия NASA «Stardust» (1999 год). Космический аппарат с его помощью собрал частицы «звёздной пыли» вблизи кометы Вильда. Уникальная структура позволила поймать и сохранить образцы, которые в 2006 году были доставлены на Землю.
Интересно, что энтузиасты пытаются синтезировать аэрогель даже в домашних условиях. Теоретически это возможно, но практически — чрезвычайно дорого и опасно: нужны установки для создания критических температур и давлений.
Возрождения и новые горизонты
В 1940-х Кистлер заключил контракт с Monsanto: компания выпускала аэрогель под маркой Santocel. Его рекламировали как лёгкий и негорючий изолятор. Он использовался даже в напалмовых смесях и красках. Но производство оказалось слишком затратным, и в 1970-х оно было свёрнуто.
В 1980-х технология получила второе дыхание: спирт заменили углекислым газом, а новые химические методы ускорили процесс и сделали его менее токсичным. Сегодня аэрогели применяют в строительстве, ядерной отрасли, текстиле, красках, косметике и особенно в изоляции.
Будущее аэрогелей
Учёные работают над устранением слабых мест. Так, профессор Николас Левентис в 2002 году создал X-аэрогели — более прочные и эластичные, хотя их изоляционные качества ниже. Перспективные направления — защита (броня, шины, авиация), энергетика (суперконденсаторы, топливные элементы), экология (фильтрация и утилизация загрязнений).
Подпишитесь и не пропустишь про технологии, мировые новости и бешеные факты:
Лёгче воздуха?
Да, это реально. Плотность обычных аэрогелей колеблется от 0,001 до 0,5 г/см³, в то время как у воздуха она равна 0,001225 г/см³. Китайским учёным удалось снизить показатель до 0,00016 г/см³ — новый рекорд.
Более того, графеновый аэрогель сохраняет эластичность: выдерживает 90%-ное сжатие, восстанавливая форму, и способен впитать количество нефти или масла, в 900 раз превышающее его собственную массу.
Это делает его перспективным материалом для очистки океанов от нефтяных пятен и микропластика.
Итог
Аэрогель остаётся материалом будущего: дорогим, хрупким, но уникальным по сочетанию свойств. Если стоимость его производства снизится, он способен повторить путь алюминия — от лабораторной диковинки до повседневного ресурса.
Подписывайтесь на мой второй канал, про жареные факты стран, эксклюзивные советы перед посещением стран и просто любители путешествий:
https://dzen.ru/turist_prikolist