Аэрогель: замороженный дым ловит комету за хвост

В космических опытах на борту шаттлов и в аппарате Stardust, слетавшем сравнительно не так давно к комете, в марсианских роверах Mars Pathfinder, Spirit и Opportunity использовался необычный материал — аэрогель. На 99,8% он складывается из воздуха, а в открытом космосе, соответственно, из вакуума, что не мешает ему быть достаточно прочным.

Аэрогель (в противном случае его ещё именуют замороженным либо жёстким дымом) возможно сравнить с затвердевшей мыльной пеной.

Так мелкоячеистой, что глаз отказывается различать эти ячейки кроме того под микроскопом (диаметр пор — 20 нанометров). Так лёгкой, что её плотность только в два с половиной раза больше плотности воздуха.

И наряду с этим пена достаточно прочна. Так что на приличный кусок аэрогеля возможно нормально положить кирпич.

В аппаратах, каковые мы упомянули в начале, употреблялся аэрогель на базе кремния. Но, в принципе, данный гель может состоять и из вторых веществ.

Как бы его корректнее выяснить? Это простой жидкостный гель, из которого удалена жидкая фракция.

Сообщить легко, но тяжело сделать. При удалении жидкости из геля его жёсткая составляющая, в большинстве случаев, разрушается. Она теряет прочную структуру, меняет форму, сложные молекулярные сети рассыпаются «в прах».

Цветок не сгорает благодаря фактически невесомой защите из аэрогеля (фото с сайта stardust.jpl.nasa.gov).

Вынудить микроскопическую «пену» сохраниться при удалении заполняющей её жидкости, весьма тяжело. Но в случае если суметь, то окажется материал с необычными особенностями.

Плотность современных аэрогелей от 0,35 до 0,003 граммов на кубический сантиметр (плотность воздуха — 0,0012 граммов на кубический сантиметр).

Подробнее о ходе создания аэрогеля вы имеете возможность прочесть тут.

Скажем коротко, что сперва тут употребляется последовательность химических реакций для образования мокрого геля.

«Продукт» созревает, другими словами — полимеризуется, иногда по 2-3 дней. Получается что-то наподобие желатинового желе.

После этого из этого «десерта» посредством спирта удаляется вода (её полное удаление — залог успеха). Позже в автоклаве при температуре и высоком давлении проводится так именуемое «суперкритическое» высыхание с участием жидкого углекислого газа.

Аэрогель: замороженный дым ловит комету за хвост

Данный кирпич, в случае если присмотреться, покоится на кусочке аэрогеля, по плотности чуть отличимого от воздуха (фото с сайта stardust.jpl.nasa.gov).

Прочность аэрогеля на разрыв — 16 килопаскалей — совсем мала если сравнивать с конструкционными материалами, но, многократно выше, чем, скажем, у мыльной пены, с которой его нечайно хочется сравнить.

О «пене» отыскали в памяти, в то время, когда задумали опыт Stardust.

В январе 2004 года данный космический аппарат NASA прошёл через хвост кометы Wild 2.

Огромная ловушка из аэрогеля была единственным методом, разрешившим поймать и мягко остановить частицы кометной пыли, пролетающие мимо аппарата со скоростью 6 километров в секунду.

С любым вторым веществом они либо испарились бы, либо разрушились так, что их не было возможности бы изучить.

Опыт в рамках программы Stardust. Небольшие частицы были разогнаны особой пушкой до космических скоростей и направлены в кусок аэрогеля (фото с сайта stardust.jpl.nasa.gov).

Аппарат обязан возвратиться к Почва в 2006 году и скинуть на парашюте блок с примерами кометной пыли.

Кстати, материал, созданный в JPL и использованный в данной ловушке, попал в книгу Гиннеса, как жёсткое тело с самой низкой плотностью (3 миллиграмма на кубический сантиметр).

А ещё кварцевый аэрогель выдерживает 500 градусов Цельсия и владеет очень низкой теплопроводностью. 2,5-сантиметровый лист из силиконового аэрогеля защищает руку человека от огня паяльной лампы.

Потому аэрогель с радостью используют как теплоизоляцию. В американских марсоходах, по крайней мере. Тем более, что первоначально аэрогели были очень хрупки, но учёные обучились изготавливать упругие и эластичные их разновидности.

Что до теплоизоляции домов — это ещё дело будущего. Но что весьма интересно, кое-какие исследователи уже изучают возможность применения аэрогеля не только для утепления стен, но и в качестве замены оконному стеклу.

Так как кое-какие образцы геля отличаются высокой прозрачностью (в то время, как другие имеют лёгкую голубоватую либо желтоватую дымку, что зависит от преобладающего размера пор).

Наряду с этим у аэрогеля низкий коэффициент преломления: где-то между 1 и 1,05. Напомним, у оконного стекла данный показатель образовывает приблизительно 1,5.

Разновидностью аэрогеля есть так именуемое «воздушное стекло» (Airglass) с плотностью 0,05-0,2 грамма на кубический сантиметр. Оно достаточно прозрачно, и не смотря на то, что не через чур прочно, но по теплозащите многократно превосходит простое стекло.

По большому счету, учёные и инженеры уверены в том, что в скором будущем аэрогель сможет отыскать десятки областей применения на Земле. И тут снова оказывает помощь космос. Сейчас на шаттлах проводились испытания по получению аэрогеля в невесомости.

Эти опыты необходимы, дабы отыскать новые способы создания аэрогелей с заданными особенностями.

Аэрогель довольно часто именуют жёстким дымом (фото с сайта p25ext.lanl.gov).

Необходимо сообщить, в то время, когда те либо иные материалы про аэрогель появляются в Сети, создаётся чувство, что один из самых необычных неестественных материалов создан сравнительно не так давно. Ну, возможно, пара лет назад. В это же время, история аэрогеля насчитывает более 70 лет.

Первый аэрогель взял американский учёный Сэмюэль Кистлер (Samuel Kistler) где-то в конце 1920-х либо 1930-м году. Сейчас он трудился в Тихоокеанском колледже в Стоктоне (Калифорния).

В истории открытия сверхлёгкого материала до сих пор остались белые пятна. Потому официальной датой рождения аэрогеля принято вычислять 1931 год, в то время, когда Кистлер разместил статью о собственный работе в издании Nature.

Кстати, само слово аэрогель приписывают Кистлеру, скорее, по традиции. Так и осталось малоизвестным, придумал ли он его сам, либо воспользовался подсказкой кого-то из сотрудников.

Любопытно, что Кистлер не планировал создавать новый материал. Он занимался анализом белков, а в его рамках — кристаллизацией аминокислот в суперкритических супернасыщенных жидкостях.

Так что открытие аэрогеля выяснилось для учёного побочным продуктом. Но скоро, и на много лет вперёд, аэрогель всецело завладел его вниманием.

Увидим, первый аэрогель сделали из кварца, но потом люди обучились делать аэрогели из оксидов металлов, органических веществ, и многих вторых исходных ингредиентов.

Ловушка для кометной пыли, заполненная аэрогелем (фото с сайта stardust.jpl.nasa.gov).

Что весьма интересно, калифорнийского учёного завлекала не только чистая наука, но и коммерция. По лицензии с Кистлером, кварцевый аэрогель (как супертеплоизолирующий материал) создавала серийно узнаваемая химическая компания Monsanto. Это производство началось в 1940-х годах.

Увы, тот опыт не взял широкого распространения, а сама компания свернула выпуск аэрогелей где-то в 1970-х.

Новый всплеск интереса к ним пришёлся на последние годы. В разных лабораториях NASA, вторых исследовательских организациях США (Ливермор, Беркли) начали создавать бессчётные новые образцы аэрогелей (опять-таки, в первую очередь, из кремния), каковые ещё бросче демонстрировали преимущества этого типа материала XXI века.

Это не оговорка. Так довольно часто именуют аэрогели, не обращая внимания на 70-летний возраст.

Возможно, они кроме того заслуживают титула материалов будущего. В случае если, само собой разумеется, станут более недорогими (произведённые в лабораторных установках, они стоят приблизительно американский доллар за кубический сантиметр).

Отыщем в памяти, когда-то аэрогель не выдержал борьбе с другими утеплителями как раз из-за большой цены.

Аэрогель — нано материал (DeFakto.info — интересные факты)


Темы которые будут Вам интересны:

Читайте также: