Легче воздуха

Аэрогель на кухне?

В принципе, аэрогель можно сделать и дома. Но это будет очень дорого, сложно и с большой долей вероятности результат будет несколько иным, чем ожидалось. «Источником» является гель – материал (вернее, дисперсная система), состоящий из двух компонентов – макромолекулярной сетки и низкомолекулярного растворителя, заполняющего поры сетки. «Наполнителем» может быть вода, спирт, углеводороды, а структурой — диоксид кремния, оксид алюминия, желатин и т д. В аэрогеле жидкий наполнитель заменяется воздухом и получается пористая структура.

Первый аэрогель был получен из так называемого спиртового геля — силикагеля (структура, образующаяся из растворов кремниевых кислот), поры которого были заполнены спиртом. Кажется, что может быть проще, просто удалить жидкую составляющую и заменить ее газообразной. Но если такую ​​операцию провести грубо, конструкция «разрушится» и деформируется. Поэтому получение аэрогеля сопряжено с определенными трудностями.

Самый простой метод, использованный изобретателем аэрогеля Сэмюэлем Кистлером в 1920-х годах, заключается в следующем. Сначала гель нагревают до критической точки — температуры и давления, при которых свойства жидкости и газа не отличаются друг от друга. Затем давление падает, пока сохраняется критическая температура – ​​пока вещество сохраняет газообразное состояние.

Затем, на втором этапе, температура также падает – в структуре слишком мало спирта, чтобы он мог снова конденсироваться в жидкость, и поры геля остаются заполненными газом (воздухом). В результате мы получаем недеформированную структуру – аэрогель. Звучит просто, но построить на кухне устройство для доведения геля до критической температуры, а тем более до давления – задача нетривиальная. Но спешим отметить, это вполне возможно, и прецеденты есть.

Галлий: металл, который плавится при комнатной температуре

Этот мягкий, блестящий и в то же время твердый металл довольно необычен. При низких температурах принимает твердую форму. Но при нагревании до комнатной температуры тает в блестящую лужицу.

До сих пор основные приложения были в смартфонах, аэрокосмической и коммуникационной отраслях. Хотя этот химический элемент присутствует в таблице Менделеева, в природе он не встречается. Его следы можно найти в цинковой руде и бокситах, которые используются для производства алюминия. Он также доступен на Amazon, где его можно купить всего за 10 долларов.

А если вам удастся его достать, держите подальше от техники – он плохо влияет на другие металлы. Это будет особенно заметно, если алюминий на задней панели вашего телефона поцарапан, что позволяет галлию глубже проникнуть в металлическую решетку. Посмотрите, что произойдет, если вылить галлий на поцарапанный корпус iPhone.

Через несколько часов он полностью сломается.

Алмазные нанонити: возможная основа для космического лифта?

Это относительно новое искусственное волокно из атомов углерода, расположенных ромбовидным зигзагообразным узором, возможно, является самым прочным и прочным наноматериалом, который мы когда-либо создавали.

Это волокно было обнаружено в 2014 году и показало, что его прочность превосходит углеродные нанотрубки, еще один сверхпрочный и легкий материал. Несмотря на все это, он чрезвычайно тонкий. Всего три атома в поперечнике, намного тоньше человеческого волоса. Поскольку эта структура была впервые обнаружена, ее состав еще не подтвержден изображениями высокого разрешения.

Его свойства и поведение также необходимо лучше понять, прежде чем его можно будет производить в коммерческих масштабах. Но если все пойдет хорошо, эти алмазные нановолокна теоретически могут оказаться достаточно прочными, чтобы составить основу кабеля космического лифта. Другие кандидаты, например сталь, ломаются под собственным весом.

Исходный продукт

Аэрогель может изготавливаться из значительного количества материалов — различных полимеров, металлов и т д. Наиболее распространены в промышленности (если это можно назвать «распространением») три типа: на основе силикагелей, углеводородов и оксидов металлов. Чаще всего в экспериментах используют первый тип.

Кремнеземный аэрогель выглядит воздушно-голубым. Их цвет объясняется тем, что материал содержит большое количество частиц кремнезема (оксида кремния) и пор нанометрового размера, заполненных воздухом или газом, которые рассеивают коротковолновое излучение (синее и фиолетовое) лучше, чем длинноволновое. То есть по той же причине, по которой небо в ясный день имеет голубой оттенок: из-за рассеяния света молекулами газа в атмосфере.

Аэрогели на основе углеродных гелей имеют черный цвет и по внешнему виду и на ощупь напоминают древесный уголь, только очень легкие. Поскольку они имеют очень большую площадь поверхности и являются хорошими проводниками, их можно использовать для изготовления суперконденсаторов или топливных элементов.

Наконец, аэрогели на основе оксидов металлов используются в качестве катализаторов в химических реакциях, а также при производстве взрывчатых веществ, углеродных нанотрубок и т д. В отличие от силикагеля и углеродных аналогов, металлические аэрогели могут иметь разные цвета в зависимости от используемого металла.

Происхождение и свойства

В 1931 году журнал Nature (Калифорния, США) опубликовал статью Стивена Кистлера, который рассказал о своем изобретении, а также о способе его получения. Теперь, после ряда усовершенствований, это вещество представляет собой вещество, похожее на пенопласт, только гораздо прочнее (выдерживает нагрузки, в 2000 раз превышающие его собственный вес). Если говорить о плотности, то она составляет 1 кг/м2, что в 1,2 раза меньше плотности нашего воздуха, но без учета массы. Итак, что такое аэрогель и для чего он нужен?

Прежде всего, особенно кварцевые аэрогели, это прекрасные теплоизоляторы, которые можно использовать в строительстве, авиации, космонавтике, машиностроении и, конечно же, в легкой промышленности для пошива одежды. Кроме того, аэрогели гигроскопичны, поэтому их можно использовать для всех материалов, которые боятся влаги – они просто притянут влагу к себе. Для бурно развивающегося технического прогресса сегодня наибольшую ценность представляют кварцевые аэрогели, хотя до «конца карьеры» такого материала еще далеко.

Твердое тело настолько прозрачно, что сквозь него можно видеть объекты.

Следует отметить, что плотность 1 кг/м2 – это уже не предел возможностей, поскольку для металлических решеток этот показатель даже лучше. Так, плотность графенового аэрогеля составляет 0,16 кг/м3 (немного больше аэрографита – 0,18 кг/м3). Кстати, из углеродных (графитовых) гелей уже научились делать конденсаторы, которые лучше всего аккумулируют солнечную энергию. В диапазоне от 250 до 14300 нанометров такой материал отражает всего 0,3% света, а емкость такого конденсатора составляет 77 ф/м3 или 104 ф/грамм материала.

Видео описание

Аэрогель – из чего он сделан.

На основе стеклохолста

Ультратонкий утеплитель для утепления стен и фундамента

Любой строитель может подтвердить, что застоявшийся воздух всегда был лучшей теплоизоляцией стен и фундаментов зданий. Отсюда пустотелые кирпичи, полые крыши, стены колодцев или двойные стены в многоэтажных бетонных зданиях. Но время иногда преподносит приятные сюрпризы – так случилось и на этот раз.

Аэрогель на основе стекловолокна теперь имеет меньшую теплопроводность, чем воздух, и сохраняет эффективность при температуре от -200°С до 650°С, то есть в природных условиях такая изоляция просто не имеет аналогов. Материал относится к классу НГ (негорючий) и обладает высокой устойчивостью к открытому огню. Такие полотна, в которых используется кварцево-пылевидный аэрогель, имеют толщину не более 2-6 мм.

Где используется:

• изоляция бытовых и промышленных холодильников и морозильников;
• защита тепловой сети при надземной и подземной прокладке;
• в промышленности используются для защиты холодного и горячего водоснабжения (ХВ/ГВ);
• изоляция трубопроводов любого типа;
• защита от конденсата на строительных, технических и исследовательских объектах;
• криогенная техника и оборудование;
• изоляция вентиляционных каналов, шахт и кессонов;
• изоляция специализированной/обычной одежды и обуви;
• для защиты стен, фундаментов, крыш, лоджий, балконов, ванных комнат и саун;
• для электрокотлов и других емкостей.

Алюминиевая фольга не только армирует полотно, но и отражает инфракрасные (тепловые) лучи

Рекомендация: фольгированный аэрогель наиболее подходит для паровых бань и саун, так как одновременно выполняет тепло- и гидроизоляцию. Кроме того, алюминиевая фольга способна отражать инфракрасное (тепловое) излучение, что значительно облегчает строительство таких мест для гигиены и отдыха.

Aerotherm для одежды и обуви

Aerotherm успешно применяется для производства специализированных защитных костюмов и обуви. т 2 до 3 мм. При этом производители могут доставлять свой товар, заранее раскроив его по лекалам заказчика, либо в виде полотна, либо в виде универсальной подкладки/спинки, из которой покупатель сам изготавливает элементы для одежды и обуви.

В этом случае используется кремниевый аэрогель, который более чем на 90% состоит из воздуха. Для сравнения: пенополистирол или пенопласт ПСБ-С состоит всего на 60% из газа, и большинство людей считают его одним из лучших изоляционных материалов во всех сферах. Материал чрезвычайно прочный, гибкий и эффективный для экстремальных ситуаций. Именно по этой причине из него шьют лучшие защитные костюмы и обувь не только для полярников, но и пожарных. Aerotherm пользуется спросом у всех, кто занимается зимними видами спорта и конечно же в военной промышленности.

Теплота обуви зависит в первую очередь от стелек

Независимо от материала, из которого изготовлена ​​обувь, ее тепло всегда будет главным образом зависеть от низкой теплопроводности подошвы, ведь холодные токи проникают снизу при касании ступни земли. Примечательно, что толщина такой стельки всего 2 мм, а это значит, что ее можно вставить в любую зимнюю обувь, и это будет гораздо эффективнее, чем несколько пар шерстяных носков! Примечательно, что такая подушечка защитит ногу не только от холода, но и от жары, если вы случайно наступите на горячий предмет.

Теплая куртка-парка Xiaomi

Аэрогелевая куртка Xiaomi DMN, идеальна для сильных морозов

Аэрогелевая куртка Xiaomi DMN, которую вы видите на верхнем фото, получила 66 (!) патентов на оригинальные решения, использованные в конструкции этой зимней одежды. Но покупателя в первую очередь интересуют эксплуатационные качества.

Если сравнивать Xiaomi с другой одеждой, то по термозащите с ним может сравниться пуховик толщиной 40 мм, но эта куртка имеет толщину всего 3 мм (!) – только подумайте, что принес новаторский аэрогель! Но указанные выше 3 мм — это не толщина теплоизоляции — это суммарная толщина трех слоев: водонепроницаемая защита от осадков сверху, аэрогелевый утеплитель посередине и тканевый, содержащий ионы серебра, снизу. Для жителей крайнего севера, да и вообще всех холодных регионов, такая одежда – просто панацея от самых лютых морозов!

Отличная одежда толщиной 3 мм даже для сорокаградусного мороза

Продукция из аэрогеля для широкого потребителя

Самый рыхлый твердый материал в мире похож на сверкающее дымчатое стекло

Можно часами говорить о том, насколько сверхлегкие кварцевые аэрогели чрезвычайно эффективны, что они нужны определенным отраслям промышленности, но все это останется лишь словами. Для многих людей любое предложение станет чем-то реальным только в том случае, если они смогут его где-то увидеть, а еще лучше, почувствовать своими руками, потереть ладонью или даже понюхать – такова наша природа. Поэтому лучше немного рассказать о том, что сейчас может купить в магазине любой гражданин (или негражданин) России.

Что с этим делать?

Аэрогели применяются в достаточно широком спектре областей, но, так сказать, понемногу. Одной из основных отраслей, использующих такие материалы, является космос.

Например, в 1999 году НАСА запустило космический корабль Stardust, созданный специально для изучения недолговечной кометы 81P/Wilda. Пролетев около 4,8 миллиардов километров, Stardust добрался до кометы, сделал серию фотографий и, что очень важно, собрал частицы «звездной пыли» из комы (облака пыли и газа), окружающей комету.

Для сбора проб использовался аэрогель, известный своими абсорбирующими свойствами. 260 параллелепипедов аэрогеля захватили значительное количество частиц и выступили в роли «контейнеров», позволивших доставить «звездную пыль» на Землю в целости и сохранности. В 2006 году «Звездная пыль» успешно вернулась, и ученые впервые за многие годы получили образцы космической материи — и не какой-то материи, а из «окружения» кометы; Анализ полученных образцов стал еще одной вехой в освоении космоса.

В принципе, в качестве ловушки можно использовать и другие вещества, но ничто не может сравниться с аэрогелем по сочетанию «малая масса – высокая адсорбирующая способность».

Конечно, человек живет не только за счет космоса. Для нас гораздо важнее не исследования, а прикладное применение того или иного изобретения. Интересно, что на ранних этапах аэрогель пытались использовать практически во всех сферах человеческого существования – от косметики до взрывчатых веществ, от сигарет до холодильников.

В 1940-х годах Сэмюэл Кистлер подписал контракт с компанией Monsanto, которая производила и продавала материал под торговой маркой Santocel. Содержание воздуха в Сантоселе составляло примерно 94%. В первую очередь «Сантосел» рекламировался как изоляционный материал для пожароопасных производств, так как он был негорючим и очень легким.

Его абсорбирующие свойства позволили использовать его в качестве загустителя в напалмовых бомбах, его также использовали при производстве красок, лаков и т д. На протяжении четверти века компания «Монсанто» была единственным производителем аэрогелей в мире, но в В 1970-х годах оно также ограничило производство странного вещества. Спрос был слишком мал, а производство оставалось слишком дорогим и опасным.

Но в 1980-х годах ученые разработали ряд более простых способов изготовления аэрогеля. Спирт заменили углекислым газом, а использование алкоксидов кремния в технологии производства силикагеля снизило токсичность и увеличило скорость производства. Аэрогель восстановил коммерческую ценность и получил второй шанс.

Сегодня аэрогели используются в различных отраслях промышленности, например, в производстве силикона и строительных материалов. Аэрогель встречается в красках, косметике, водонепроницаемых и огнезащитных материалах, а также в атомной промышленности. Но основное применение он нашел в изоляционных материалах.

В частности, это идеальный огнезащитный материал для повышения пожаробезопасности зданий, а также теплоизоляционная конструкция для труднодоступных мест (например, окна трескаются в местах открывания). Да, стоимость высока, но при правильном использовании в определенных местах выходит даже меньше, чем при использовании традиционных методов. Если в ближайшем будущем будут разработаны новые, более дешевые методы производства аэрогеля и затраты снизятся, аэрогель вполне может стать потребительским продуктом. Например, алюминий, нейлон или дерево.

Читайте также: Канализационный обратный клапан: виды и монтаж своими руками