Что такое Аэрогель?
Чудодейственный материал, способный решить вопросы тепловой изоляции и энергоэффективности Вашего дома, очистить реки и моря от разливов нефти и других загрязнений и даже помочь человеку полететь на Марс - такой материал есть.
Сэмюэль Стивенс Кистлер
Аэрогель – одно из легчайших в Мире твёрдых веществ, способное противостоять взрыву 1 кг динамита и защитить от пламени огнемёта (температура более 1.300С). Ожидается, что Аэрогель займёт своё место в ряду таких удивительных изобретений, как Бакелит в 1930-х годах, Карбоновое волокно 1980-х и Силикон в 1990-х.
Невозможно сказать точно, сколько учёных с начала 21 Века работают с Аэрогелями, в поисках всё новых и новых применений, от теннисных ракеток нового поколения, до супер-утеплённых космических скафандров для полёта на Марс. Но абсолютно уверенно можно утверждать, что все они в огромном долгу перед Доктором Сэмюэлем Стивенсом Кистлером (1900 – 1975), учёным-химиком, получившим первый Аэрогель и проведшим большую часть 20 Века в изучении его свойств и в поисках практического применения для своего изобретения, и буквально чуть-чуть не дожившим до признания и начала широкого его использования на благо человечества.
Впервые Аэрогель был получен в промежуток между 1929 и 1930 годами и, хотите верьте, хотите – нет, но толчком к его созданию послужило вполне заурядное пари, заключённое между Доктором Тихоокеанского колледжа в Стоктоне, Калифорния, США Сэмюэлем Стивенсом Кистлером и неким Чарльзом Лёрнедом. Поводом для пари явился спор о том, кому из них первому удастся заместить жидкость в «желе» газом без «усадки» (потери объёма) исходного вещества.
В результате в 1931 году Доктором Кистлером была опубликована статья в научном журнале Nature с результатами его экспериментов. Кистлер заменял жидкость в геле на метанол, а потом нагревал гель под давлением до достижения критической температуры метанола (240 o). Метанол уходил из геля, не уменьшаясь в объёме; соответственно, и гель «высыхал», почти не сжимаясь.
Свойства аэрогеля
“Замороженный дым”, название, наиболее образно передающее первое впечатление от визуального знакомства с Аэрогелем. По внешнему виду кварцевые Аэрогели полупрозрачны, они выглядят голубоватыми в отражённом свете и светло-жёлтыми в проходящем. Сходными оптическими свойствами обладают Аэрогели на основе оксидов алюминия (Al2O3), циркония (ZrO2) и титана (TiO2).
Аэрогели из других оксидов металлов могут иметь различный цвет и прозрачность; так, железо-оксидный Аэрогель непрозрачен и имеет цвет, сходный с ржавчиной, ванадиево-оксидный - непрозрачен, оливково-зелёного цвета, хромо - оксидный Аэрогель имеет тёмно-зелёный или тёмно-синий цвет, а Аэрогели на основе оксидов редкоземельных металлов - прозрачны (оксид самария - жёлтый, оксид неодима - фиолетовый, оксиды гольмия и эрбия - розовые). Углеродные Аэрогели имеют глубокий чёрный цвет, поглощая 99,7 % падающего света.
На ощупь Аэрогель напоминает легкую, но твёрдую пену, чем-то похожую на пенопласт. При сильном сжатии он трескается, но в целом это весьма прочный материал - образец Аэрогеля может выдержать нагрузку в 2000 раз больше собственного веса.
Аэрогель относится к классу мезопористых материалов, в которых нанопоры занимают не менее 50 %, а как правило, 90—99 % объёма, а плотность составляет от 1 до150 кг/м3. По структуре Аэрогели представляют собой древовидную сеть из объединённых в кластеры наночастиц размером 2—5 нм и пор размерами до 100 нм.
Первые версии Аэрогеля были настолько хрупкими и дорогими в производстве, что он на несколько десятков лет оставался не более, чем лабораторным экспериментом. И лишь около 20 лет назад, в конце 1990-х НАСА проявила интерес к необычному веществу и начала финансировать работы по его практическому применению. В 1999 году Космическое Агентство отправило космический зонд Стардаст с «рукавицей», набитой Аэрогелем, чтобы улавливать пыль из хвоста кометы.
В 2006 году зонд вернулся с богатым уловом уникальных образцов. В 2002 году компания Aspen Aerogel, созданная при поддержке НАСА, выпустила более прочную и гибкую версию Аэрогеля.
В настоящее время Аэрогель проходит испытания для создания взрывобезопасного корпуса и брони для военной техники. Так в лаборатории металлическая пластина, покрытая 6 мм аэрогеля, была оставлена почти невредимой при прямом воздействии взрывом 1 кг динамита.
Аэрографиты
Углеродные аэрогели (аэрографиты) электропроводны и могут использоваться в качестве электродов в конденсаторах. За счёт очень большой площади внутренней поверхности (до 800 м2/грамм) углеродные аэрогели нашли применение в производстве суперконденсаторов (ионисторов) ёмкостью в тысячи фарад.
В настоящее время достигнуты показатели в 104 Ф/грамм и 77 Ф/см3. Углеродные аэрогели отражают всего 0,3 % излучения в диапазоне длин волн от 250 до 14 300 нм, что делает их эффективными поглотителями солнечного света.
Глинозёмные аэрогели
Глинозёмные аэрогели из оксида алюминия с добавками других металлов используются в качестве катализаторов. На базе алюмооксидных аэрогелей с добавками гадолиния и тербия в НАСА был разработан детектор высокоскоростных соударений: в месте столкновения частицы с поверхностью происходит флюоресценция, интенсивность которой зависит от скорости соударения. Исследователи полагают, что некоторые версии аэрогеля, изготовленные из платины, могут быть использованы для ускорения производства водорода. В результате, аэрогель может быть использован, чтобы получать водородное топливо.
Аэрогель на основе оксида железа с алюминиевыми наночастицами может служить взрывчаткой (разработка Ливерморской национальной лаборатории им. Э. Лоуренса, США).
Графеновый аэрогель
Самым лёгким на сегодня материалом в мире, по мнению Книги рекордов Гиннеса, является графеновый аэрогель, созданный в Китае исследователями Чжэцзянского университета. У него невероятно низкая плотность. Вес материала настолько мал, что его внушительный кусок легко удерживается лепестками цветка.
Графеновый аэрогель – углеродный материал с плотностью ниже, чем плотность газообразного гелия, но выше чем плотность газообразного водорода. Плотность графенового Аэрогеля - 0.16 мГ/см3. Для его создания учёные использовали графен – удивительнейший и тончайший на сегодняшний день материал. Графеновый Аэрогель получен способом сублимационной сушки. Пористая губка способна практически полностью копировать любые формы, то есть количество Аэрогеля зависит только от объёма ёмкости. Графеновый аэрогель – упругий и чрезвычайно прочный материал, обладающий способностью поглощать органические материалы с невероятной скоростью.
Грамм аэрогеля впитывает за секунду порядка 68-ми граммов нерастворимого в воде вещества. Он может использоваться в мероприятиях по защите окружающей среды и преодолению последствий экологических катастроф, подобных случившейся в 1996 году утечке 72000 тонн сырой нефти с танкера Sea Empress у побережья Милфорд-Хейвена в Пембрукшире. Меркьюри Канацидис, профессор химии Северо-Западного университета в Эванстоне, штат Иллинойс,, США, создавший вид Аэрогеля, предназначенный для очистки воды от ртути и свинца сказал: “это удивительный материал. Он имеет самую низкую плотность из всех веществ, известных человеку, но в то же время он может сделать так много. Он может быть использован для всего, от фильтрации загрязненной воды до изоляции от экстремальных температур, и, даже для ювелирных изделий.”
Компания Dunlop разработала ряд ракеток для сквоша и тенниса, усиленных Аэрогелем, которые, как говорят, обеспечивают большую мощность.
Энн Парментер, британская альпинистка, поднялась на Эверест, используя ботинки, которые имели стельки из Аэрогеля, а также спальные мешки, проложенные этим материалом. После завершения экспедиции она поделилась своими впечатлениями: “единственная проблема, с которой я столкнулась, заключалась в том, что мои ноги были слишком горячими, что является большой проблемой для альпиниста”. Нетипичная жалоба от покорителя Эвереста, не правда ли?
Однако же мир моды не принял Аэрогель. Hugo Boss создал линию зимних курток из материала, но вынужден был снять их с продажи после жалоб на то, что они были слишком “жаркими”.
Аэрогель в качестве теплоизоляции
Наконец, Аэрогель, нанесённый на волокнистые материалы, такие, как стеклохолст, карбоновое или керамическое волокно, с огромным успехом используется в строительстве в качестве теплоизоляции.
С тех пор теплоизоляционный Аэрогель активно входит на мировые рынки теплоизоляционных материалов, тесня традиционные теплоизоляционные материалы.
Недавно Аэрогель пришёл и в Россию. Сегодня его используют такие гиганты индустрии, как Газпром, Лукойл, Роснефть, Казаньоргсинтез, экономя миллиарды рублей, которые раньше улетали в атмосферу из-за теплопотерь. Время терять и растрачивать безвозвратно уходит. Наступает время сохранять и накапливать. Аэрогель способен решить проблемы теплопотерь не только в масштабах страны, но и в отдельно взятой семье.
На сегодняшний день в России пока нет своего производства Аэрогеля, кроме небольших исследовательских лабораторий в Новосибирске и Обнинске, но он уже используется в качестве добавки в различные теплоизоляционные материалы. Например, российская компания Альмален стала производить вспененный полиэтилен, включив Аэрогель в исходную композицию, что улучшило теплотехнические показатели этого теплоизоляционного материала, купить который вы можете уже сейчас в компании Венторус.
Как и любое другое «чудо» современной науки, Аэрогель, конечно же, не решит всех проблем человечества разом, но он в состоянии сделать нашу жизнь значительно комфортнее и безопаснее, а это – уже Чудо!
Купить Аэрогель можно в компании Венторус любым удобным для Вас способом, как оптом так и в розницу.
Звоните и пишите 8 800 700 81 22, info@ventorus.su
Васильев С.И.
Специалист по теплоизоляционным материалам
