Российские учёные из ИНЭОС РАН, ИОХ РАН и ИНХС РАН впервые детально описали полный жизненный цикл синтеза силоксановых аэрогелей — от жидкой смеси до готового пористого каркаса. Исследование поддержано грантом РНФ и опубликовано в Macromolecular Rapid Communications.
Что такое аэрогели
Это материалы, которые на 99% состоят из воздуха. Они содержат атомы кремния и кислорода, обладают огромной пористостью и сверхмалой плотностью. Применяются:
- В космосе — для теплоизоляции кораблей.
- В фармацевтике — для доставки лекарств.
- В экологии — как поглотители вредных газов.
Проблема
Синтез аэрогелей идёт через золь-гель переход: жидкая смесь под действием катализатора превращается в золь (взвесь наночастиц), затем в гель, из которого удаляют растворитель. До сих пор этот процесс был «чёрным ящиком» — контролировать свойства конечного материала было трудно.
Как решили
Исследователи «замораживали» реакционную смесь при -80°C на разных этапах и изучали структуру. Это позволило впервые проследить полную цепочку превращений:
- Молекулы образуют ветвящиеся цепочки.
- Цепочки собираются в наночастицы.
- Наночастицы сшиваются в трёхмерную сетку (гель).
- Удаление растворителя → готовый аэрогель.
Роль катализатора
Он работает в два этапа:
- Сначала помогает сшивать молекулы в цепочки.
- Затем ускоряет образование прочных связей между наночастицами.
Практический выход
Понимание механизма позволяет управлять свойствами аэрогеля:
- Менять пористость.
- Регулировать прочность.
- Добиваться нужной гидрофобности или гибкости.
«Меняя количество катализатора, воды, растворителя и температуру на определённом этапе, мы сможем создавать аэрогели с заранее заданными характеристиками», — Ирина Гончарова, ИНЭОС РАН.
Что дальше
Учёные планируют применить полученные знания для синтеза водоотталкивающих и гибких аэрогелей, стабильных в жёстких условиях космоса и промышленности.