МОСКВА, 19 февраля. /ТАСС/. Российские исследователи раскрыли механизмы формирования силоксановых аэрогелей, одних из самых легких конструкционных материалов, состоящих на 99% из воздуха и используемых для доставки лекарств и в качестве теплоизоляторов на космических кораблях и в промышленности. Результаты опытов ученых ускорят создание новых материалов такого рода, сообщила пресс-служба Российского научного фонда (РНФ).
"Понимая роль промежуточных соединений на каждой стадии реакции, мы сможем создавать аэрогели с заранее заданными свойствами, в частности, пористостью и прочностью. Этого можно добиться, например, меняя количество катализатора, воды и растворителя, а также температуру проведения реакции на определенном этапе", - пояснила научный сотрудник Института элементоорганических соединений РАН (Москва) Ирина Гончарова, чьи слова приводит пресс-служба РНФ.
Как объясняют ученые, аэрогели представляют собой твердые, но при этом очень пористые материалы, похожие по структуре на губку и состоящие на 95-99% из воздуха и кремнийорганических соединений-силоксанов. Как правило, эти материалы изготавливаются при помощи метода золь-гель синтеза, в рамках которого жидкость, содержащая компоненты аэрогеля, сначала превращается в густой раствор с наночастицами, а затем - в твердый гель.
Как именно протекает этот процесс, до настоящего времени ученые не полностью понимали, что мешало получать силоксановые аэрогели со строго заданными свойствами. Российские ученые сделали большой шаг к решению этой проблемы, впервые всесторонне изучив, как жидкость превращается в густой раствор и затем преобразуется в гель. Исследователям удалось сделать это в рамках одной и той же реакционной смеси, тогда как в прошлом химики изучали лишь отдельные стадии этого процесса.
Для получения подобных сведений исследователи периодически "останавливали" реакцию, замораживая образцы раствора, в котором формировался аэрогель, изучали его структуру при помощи ядерно-магнитных спектроскопов и оптических приборов, после чего перезапускали химические процессы. Проведенные подобным образом замеры раскрыли цепочки реакций, участвующих в образовании "каркаса" аэрогеля.
Эти опыты показали, что аэрогель формируется в несколько этапов, на первом из которых простейшие "стройблоки" этого материала образуют ветвящиеся цепочки, которые затем объединяются в мельчайшие наночастицы. Эти наноструктуры активно поглощают оставшиеся в растворе цепочки, растут и соединяются друг с другом, образуя прочную трехмерную сеть. Понимание этого, как надеются химики, поможет создать новые аэрогели, в том числе легкие материалы, отталкивающие воду и обладающие высокой гибкостью.