Созданный в прошлом году материал под названием аэрографит не смог удержать титул самого легкого материала в мире. Корону пришлось отдать новому аэрогелю, изготовленному из графена, чудо-материала 21 века. Плотность ультралегкого материала ниже плотности гелия и вдвое меньше водорода.

Новый материал разработала группа исследователей под руководством профессора Гао Чао из лаборатории департамента технологий и наук полимеров Чжэцзянского университета (Китай).

Аэрогелям, изначально созданным в 1931 году американским ученым и инженером-химиком Сэмюелем Стивенсом Кистлером, в последнее время начало уделяться очень много внимания. В 2011 году аэрогель на основе многослойных углеродных нанотрубок (MCNT), известный также под названием «замороженный дым», с плотностью 4 мг/см3 уступил место самому легкому материалу в мире с микро-решетчатой структурой, плотность которого равна 0,9 мг/см3. Позже его сместил аэрографит (0,18 мг/см3), чей триумф оказался таким же недолгим. Сегодня пальма первенства принадлежит графеновому аэрогелю. Его плотность — 0,16 мг/см3.

Исследователи уже имеют опыт создания макроскопических графеновых материалов, в частности одномерных волокон и двухмерных пленок, полученных из графена. Чтобы поставить рекорд, им достаточно было добавить одно измерение и получить трехмерный пористый материал.

Вместо золь-гелевой технологии и других методов, используемых для создания аэрогелей, Гао применил новый способ высушивания, который помог создать углеродную губку настраиваемой формы.

«Необходимость использования шаблонов отсутствует, поскольку размер материала напрямую зависит от размера контейнера. Чем больше контейнер, тем больше аэрогеля. Мы можем говорить о тысячах кубических сантиметров, и это еще не предел».

По словам ученых, «выведенный» ими материал отличается чрезвычайно высокой прочностью и упругостью. Он способен быстро возвращать форму после сжатия, впитывать и удерживать большой объем не растворяющихся в воде веществ — до 900 раз больше собственного веса. В это сложно поверить, но за одну секунду грамм аэрогеля впитывает до 68,8 грамма органических веществ, что делает его привлекательным для использования в местах разлива нефти.

«Возможно, однажды он поможет предотвратить экологическую катастрофу. Благодаря эластичным свойствам материала собранная нефть и аэрогель могут быть вторично переработаны»,

Исследователи изучают возможности применения нового материала. По их словам, графеновый аэрогель можно использовать в качестве изоляционного материала, подложки катализатора или высокоэффективного композита.

Работа была опубликована в журнале Nature.

При создании гибких солнечных панелей для оклеивания зданий и окон автомобилей ученые Стэнфордского университета также использовали графен.

Из всех аэрогелей графеновый наименее плотный и считается одним из самых легких твердых материалов на Земле.

Ученые Чжэцзянского университета (Китай) изготовили гибкий, проводящий электричество и имитирующий структуру стебля растения графеновый аэрогель, способный выдержать вес, в 6000 раз превышающий собственный.

Весит этот материал 0,16 миллиграмм на кубический сантиметр, он в 7,5 раз легче воздуха и приблизительно в 1000 раз менее плотный, чем вода. Из всех аэрогелей графеновый наименее плотный и считается одним из самых легких твердых материалов на Земле.

У аэрогелей множество применений, от удаления нефтяных пятен с поверхности океанов до опреснения воды. Но когда дело касается гибких сенсоров или аккумуляторов, то добиться нужной прочности и упругости не получается, хотя спрос на такое сочетание качеств высок. Обычно попытки создания такого материала приводят к случайным результатам.

Ученые нашли вдохновение в растительной природе, обратив свое внимание на талию беловатую, болотное растение из Южной Америки. Несмотря на то, что ее стебель тонкий и пористый, она способна противостоять сильному ветру — благодаря микроструктуре, напоминающей решетку.

Для того чтобы скопировать ее, исследователи применили двунаправленную заморозку. Сначала частицы оксида графена растворяются в воде, которая по мере замерзания воды образует слои. Затем из слоев формируется трехмерная сеть, схожая со структурой кристалла льда. Наконец, термальное сокращение и возгонка создают графеновый аэрогель со структурой, похожей на талию беловатую.

Наконец, после серии из тысячи компрессионных тестов, ученые убедились, что полученный аэрогель способен выдержать вес, в 6000 раз превышающий собственный. После всех этих тестов его прочность составляла 85% от начальной. Это значительный прогресс по сравнению с 45% после всего 10 тестов в случае аэрогелями со случайной архитектурой.

Уникальные свойства этого материала делают его идеальным компонентом для создания умных часов, изогнутых телевизионных экранов и солнечных панелей

Сверхплотный и прочный графен изобрели ученые МТИ. Его структура позволяет ему быть на 5% плотнее и в 10 раз прочнее стали. Его можно использовать для строительства мостов или очистки воды. опубликовано econet.ru

Понравилась статья? Тогда поддержи нас, жми:

Аэрогель – класс материалов, представляющих собой гель.

Аэрогель – класс материалов, представляющих собой гель, в котором жидкая фаза полностью замещена газообразной, вследствие чего вещество обладает рекордно низкой плотностью, всего в полтора раза превосходящей плотность воздуха, и рядом других уникальных качеств: твердостью, прозрачностью, жаропрочностью, чрезвычайно низкой теплопроводностью и отсутствием водопоглощения.

Аэрогель, что это за материал?

Аэрогель (от лат. aer — воздух и gelatus — замороженный) – класс материалов, представляющих собой гель, в котором жидкая фаза полностью замещена газообразной, вследствие чего вещество обладает рекордно низкой плотностью, всего в полтора раза превосходящей плотность воздуха, и рядом других уникальных качеств: твердостью, прозрачностью, жаропрочностью , чрезвычайно низкой теплопроводностью и отсутствием водопоглощения.

Нередко аэрогель называют “замороженным дымом” из-за его внешнего вида. С виду он чем-то походит на застывший дым. На ощупь аэрогель напоминает легкую, но твердую пену, что-то вроде пенопласта.

Аэрогель представляет собой древовидную сеть из объединенных в кластеры наночастиц размером 2-5 нм, жестко соединенных между собой. Этот каркас занимает малую часть объема от 0,13 до 15%, все остальное приходится на поры.

Аэрогели относятся к классу мезопористых материалов.

Распространены аэрогели различной природы: как неорганической – на основе аморфного диоксида кремния (SiO2) , глинозёмов (Al2O3), графена (называется аэрографен), графита (называется аэрографит ), а также оксидов хрома и олова, так и органической – на основе полисахаридов, силикона, углерода . В зависимости от основы аэрогели проявляют различные свойства. Вместе с тем имеются общие свойства, характерные для всего класса данного материала.

Как теплоизолятор изготавливается в виде матов, рулонов.

Свойства и преимущества аэрогеля:

– высокая пористость. На 99,8% состоит из воздуха,

– имеет рекорд по самой малой плотности у твердых тел — 1,9 кг/м³, это в 500 раз меньше плотности воды и всего в 1,5 раза больше плотности воздуха (кварцевые аэрогели),

– уникальный теплоизолятор. Имеет низкую теплопроводность – λ = 0,013

0,019 Вт/(м•К) (в воздухе при нормальном атмосферном давлении) меньшую, чем теплопроводность воздуха (0,024 Вт/(м•К) (кварцевые аэрогели). Как утеплитель в 2-5 раз эффективнее традиционных утеплителей,

– температура плавления составляет 1200°C (кварцевый аэрогель),

– аэрогель является прочным материалом. Он выдерживает нагрузку в 2000 раз больше собственного веса,

– имеет низкий модуль Юнга,

– не сжимается, устойчив к деформации, имеет высокую прочность на растяжение,

– скорость распространения звука имеет самое низкое значение для твердого материала, что является важным преимуществом при создании шумоизоляционных материалов. Скорость звука в нем ниже скорости звука в газах,

– некоторые виды аэрогеля являются отличным сорбентом. Они в 7-10 раз эффективнее популярных современных сорбционных материалов,

– является устойчивым пористым веществом. Объем пор внутри аэрогеля в десятки раз превышает объем, занятый самим материалом. Данное свойство позволяет использовать аэрогель определенного состава в качестве катализатора в химических процессах с целью получения органических соединений. С другой стороны, его большая внутренняя емкость может быть использована для безопасного хранения определенных веществ, например, ракетного топлива , окислителя и пр.,

– отличная гидрофобность. Не впитывает влагу,

– обладает высокой жаропрочностью и термостойкостью. Имеет широкий рабочий температурный диапазон использования – от -200 °С до +1000 (1200) °С. Без потерь сохраняет теплоизоляционные и механические характеристики при нагревании до не менее 1000°С,

– является негорючим материалом. Может использоваться также для огнезащиты различных конструкций,

– прозрачен (кварцевый аэрогель). Имеет показатель преломления света от 1,1 до 1,02. Из него можно изготавливать различные виды стекол ,

– обладает достаточно высокой твердостью,

– экологичен и безопасен для человека и окружающей среды,

– имеет большую удельную площадь внутренней поверхности. Она составляет порядка 300-1000 м 2 /г,

– химический состав аэрогеля можно регулировать, легко вводить в его состав различные добавки, что открывает новые возможности для его использования,

– устойчив к кислотам, щелочам, растворам,

– в тоже время является хрупким материалом.

Применение аэрогеля:

– в научных исследованиях в области ядерной физики,

– для теплоизоляции зданий, сооружений, складов, холодильников, нефтепроводов, труб, прочих объектов и оборудования,

Инновации на основе аэрогеля:

Так, учеными создано устройство для сбора солнечного тепла , которое способно аккумулировать солнечную энергию и поддерживать высокие температуры (свыше 200 °C) даже в зимнее время, при отрицательных температурах. Данное устройство сможет заменить солнечные коллекторы . Устройство работает в пассивном режиме и состоит из аэрогеля (верхний слой) и поглощающего тепло темного материала (нижний слой). Свет, проходя через слой аэрогеля, нагревает нижний слой – поглощающее тепло темный материал .

Учеными предложена концепция терраформирования отдельных регионов планет : Марса, Луны, Венеры и пр. с помощью создания искусственных куполов или экранов из слоя аэрогеля из кварца толщиной 2-3 см. Такой купол или экран из аэрогеля способен пропускать до 95 % видимого света, задерживая при этом до 99,5 % радиации и до 60 % ультрафиолетового излучения. Купол будет способствовать созданию атмосферного парникового эффекта , поддерживая нужную температуру.

Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com,

subnautica графен как сделать графеновый аэрогель купить цена применение своими руками видео википедия теплоизоляция самый легкий материал в мире
графеновому аэрогелю
аэрозоль кварцевый углеродный как сделать материал аэрогель субнаутика википедия производство утеплитель в домашних условиях углерода frozen smoke диоксида кремния
применение получение температура воспламенения аэрогелей оксида алюминия
плотность использование стельки из производство аэрогеля в россии
аэрогели оксидов алюминия и титана
почему аэрогель не взлетает сабнатика фото характеристики презентация свойства одежда состав
применение аэрогеля tio2 в катализе