Аерогель - матеріал майбутнього

Вчитель хімії вищої категорії, «Старший вчитель» Мишустіна Наталія Володимирівна. Тема:«Коли повітря здаєтьсяважким. Аерогель - матеріал майбутнього»

Зміст: СтруктураІсторія відкриття. ВластивостіВиди аерогелів. Використання. Цегла масою 2,5 кг стоїть на шматку аерогелю масою 2,38 г

Найлегший матеріал у світі - аерогель на основі графена, кубічний сантиметр якого важить всього 0,16 мг. Але це в сім з половиною разів легший за повітря! Тут явно якийсь підступ - може тверда речовина однорідної структури бути настільки легкою?

твердість, прозорість, жароміцність, надзвичайно низьку теплопровідність і т. д. Поширені аерогелі на основі аморфного діоксиду кремнію, глиноземів, а також оксидів хрому та олова. На початку 1990-х отримані перші зразки аерогеля на основі вуглецю. Аерогелі (від лат. aer - повітря і gelatus - заморожений) - клас матеріалів, що являють собою гель, в якому рідка фаза повністю заміщена газоподібною. Такі матеріали мають рекордно низьку густину і демонструють низку унікальних властивостей:

Історія відкриття. Першість у винаході визнано за хіміком Стівеном Кистлером з Тихоокеанського коледжу (College of the Pacific) в Стоктоні, Каліфорнія, США. Кистлер заміняв рідину в гелі на метанол, а потім нагрівав гель під тиском до досягнення критичної температури метанолу (240 °C). Метанол виходив з гелю, не зменшуючись в об'ємі; відповідно, і гель «висихав», майже не ужимаючись.

Структура. Аерогелі відносяться до класу мезопористих матеріалів, у яких порожнини займають не менше 50% об'єму . Як правило, цей відсоток досягає 90-99, а густина становить від 1 до 150 кг/м³. За структурою аерогелі являють собою деревовидну мережу з об'єднаних у кластери наночастинок розміром 2-5 нм і пор розмірами до 100 нм. СТРУКТУРА АЕРОГЕЛЮЧАСТКИ ДІОКСИДУ КРЕМНІЮНАНОПОРИ

Аерогелі, особливо кварцові, - хороші теплоізолятори. Вони також дуже гігроскопічні. За зовнішнім виглядом аерогелі напівпрозорі. За рахунок релеєвського розсіювання світла на деревовидних структурах вони виглядають блакитнуватими у відбитому світлі і світло-жовтими в прохідному. ВластивостіНа дотик аерогелі нагадують легку, але тверду піну, щось на зразок пінопласту. При сильному навантаженні аерогель витримати навантаження в 2000 разів більше власної ваги. тріскається, але в цілому це дуже міцний матеріал – зразокаерогелю може

Види аерогелей. Найбільш розповсюджені кварцові аерогелі, їм також належить поточний рекорд з найменшої щільності у твердих тіл — 1,9 кг/м³, це в 500 разів менше щільності води і всього в 1,5 рази більше щільності повітря. Кварцові аерогелі пропускають світло в м'якому ультрафіолеті і видимій області (з довжиною хвилі більше 300 нм) і інфрачервоному діапазоні, проте в інфрачервоній області присутні типові для кварцу, одержуваного зневоднюванням силікагелей смуги гідроксилу при 3500 см−1 і 1600 см−1 Завдяки надзвичайно низькій теплопровідності (~0,017 Вт/(м•К) в повітрі при атмосферному тиску), меншою, ніж теплопровідність повітря (0,024 Вт/(м•К)), вони застосовуються в будівництві в якості теплоізоляційних і теплоутримаючих матеріалів. Температура плавлення кварцового аерогеля становить 1200 °C.

Вуглецеві аерогелі складаються з наночастинок, ковалентно пов'язаних одина з одною. Вони електропровідні і можуть використовуватися в якості електродів в конденсаторах. За рахунок дуже великої площі внутрішньої поверхні (до 800 м2/г) вуглецеві аерогелі знайшли застосування у виробництві суперконденсаторів (йоністорів) ємністю в тисячі фарад. У наш час досягнуті показники в 104 Ф/г і 77 Ф/см3. Вуглецеві аерогелі відображають всього 0,3% випромінювання в діапазоні довжин хвиль від 0,25 до 14,3 мкм, що робить їх ефективними поглиначами сонячного світла.

132 комірки з аерогелем апарату Стардаст (NASA)Кремнеземні аерогелі з оксиду алюмінію з домішками інших металів використовуються як каталізатори. На базі алюмооксидних аерогелей з добавками гадолінія і тербія в НАСА був розроблений детектор високошвидкісних зіткнень: в місці зіткнення частинки з поверхнею відбувається флюоресценція, інтенсивність якої залежить від швидкості зіткнення. Крім численних технічних застосувань, обумовлених перерахованими вище унікальними властивостями, аерогель знаменитий передусім використанням у проекті «Стардаст» як матеріал для пасток космічного пилу.style.colorstyle.color

Аерогелі  — гарні теплоізолятори: квітка на шматку аерогелю над пальником Бунзена. Оскільки показник заломлення аерогелей займає проміжне положення між показниками заломлення газоподібних і рідких (твердих) речовин, аерогель використовується як радіатор в черенковських детекторах заряджених частинок. Аерогелі можуть використовуватися як газові та рідинні фільтри. Аерогель на основі окису заліза з алюмінієвими наночастинками може служити вибухівкою. Є безліч застосувань, для яких аерогелі використовуються: В комерційних цілях, аерогелі могли б бути використані в гранульованих формах для додавання ізоляції на вікна. Прозорий аерогель діоксиду кремнію був би дуже придатним як теплоізоляційний матеріал для вікон, який істотно обмежує теплові втрати будівель. Одна група дослідників показала, що виробництво аерогелю в невагомому навколишньому середовищі може виробляти частки більшого однакового розміру і зменшити ефект релеєвського розсіювання у кремнезему аерогелю, в результаті чого аерогель менш синій і прозоріший.

Велика площа поверхні аерогелю призводить до численних можливестей, наприклад хімічна адсорбція для очищення розливів. Ця функція також дає великий потенціал як каталізатора або носія каталізатора. Аерогель може використовуватися також як загусник в деяких фарбах і косметиці. Аерогелі проходять випробування для використання в цілях NIF. Додавання аерогелю може збільшити ефективність конкретних сумішей шляхом додавання домішок, зміцнення структур, і гібридизації сполук. Аерогель діоксиду кремнію і волокнисто підкріплений, перетворює крихкий аерогель в міцний, гнучкий матеріал. Механічні та термічні властивості продукту можуть бути змінені й засновані на виборі армуючих волокон, аерогелю матриці, і помутніння добавки, включених до складників. NASA використовує аерогелю як пастки космічного пилу, частинок на борту космічного корабля Stardust. Частинки випаровуються при ударі з твердими тілами і проходять через гази, і може опинитисяв пастці аерогелей. НАСА також використовує аерогель для теплоізоляціїв марсоходахі космічних скафандрах.

Резорцин — формальдегід аерогелей (полімери хімічно схожі на фенол формальдегідні смоли) в основному використовуються як прекурсори в виробництві вуглецевих аерогелей, або коли потрібні органічні діелектрики з великою поверхнею. Перший житлове використання аерогелю як діелектрика в технологічному інституті Джорджії's Solar Decathlon. Будинок, де він використовується як діелектрик у напівпрозорому даху. Вуглецевий аерогель використовуються в будівництві малих електрохімічних суперконденсаторів. У зв'язку з великою площею поверхні аерогелю, ці конденсатори можуть бути 1/2000th до 1/5000th розмір аналогічним електролітичним конденсаторам. Аерогель суперконденсаторів може мати дуже низький опір в порівнянні з нормальними суперконденсаторами і може поглинути або виробити дуже високі пікові струми. Dunlop недавно включив аерогель у форму своєї нової серії тенісних ракеток. Chalcogels показали фільтр поглинання важкого металу, забруднювачів ртуті, свинцю і кадмію з води.

Optical properties of Silica aerogels // Enviromental Technology Division of E. O. Lawrence Berkeley National Laboratory. Thermal properties of Silica aerogels // Enviromental Technology Division of E. O. Lawrence Berkeley National Laboratoryhttp://stardust.jpl.nasa.gov/overview/faq.html#aerogelhttp://surfingbird.ru/surf/g. S4m743d0#. VSzihv. Cz5v. Ihttp://web.archive.org/web/20070928062356/http://www.sciam.ru/news/detail.php?ID=1383http://www.popmech.ru/technologies/7394-alkhimiya-21-veka-palitra-metallov/#fullhttp://www.qwrt.ru/news/1350http://www.epochtimes.com.ua/science/technology-and-discoveries/amerikanski-vcheni-vdoskonalili-aerogeli-105015.htmlhttp://www.quickiwiki.com/uk/%D0%90%D0%B5%D1%80%D0%BE%D0%B3%D0%B5%D0%BB%D1%8 CВикористана література і Інтернет-ресурси: