Azərbaycanca
Беларускі
Dansk
Deutsch
Española
Français
Indonesia
Italiana
日本語
Қазақ
Lietuvos
Nederlands
Português
Русский
සිංහල
แบบไทย
Türkçe
Українська
中國人
United State
Afrikaans
Аероге́лі (від лат. Aer — повітря і лат. gelatus — заморожений) — клас матеріалів, що являють собою гель, у якому рідка фаза повністю заміщена газоподібною. Такі матеріали мають надзвичайно низьку густину і виявляють низку унікальних властивостей: твердість, прозорість, жаростійкість тощо. Поширені аерогелі на основі аморфного діоксиду кремнію, глинозему, а також оксидів хрому та олова. На початку 1990-х отримано перші зразки аерогелю на основі вуглецю.
Структура
Аерогелі належать до класу мезопористих матеріалів, у яких порожнини складають не менше 50 % об'єму. Переважно, цей відсоток досягає 90-99, а густина становить від 1 до 150 кг/м³. За структурою аерогелі являють собою деревоподібну мережу з об'єднаних у кластери наночастинок розміром 2-5 нм і пор розмірами до 100 нм.
Історія
Першість у винаході визнана за хіміком Стівеном Кістлером (Steven Kistler) з Тихоокеанського коледжу (College of the Pacific) в Стоктоні, Каліфорнія, США, який оприлюднив 1931 року в журналі Nature власні досліди.
Кістлер заміняв рідину в гелі на метанол, а потім нагрівав гель під тиском до досягнення температури вищої за критичну температуру метанолу (240 °C) і, підтримуючи температуру, повільно знижував тиск. Метанол виходив з гелю, не зменшуючись в об'ємі; відповідно, і гель «висихав», майже не стискуючись. Проробити ці операції з водним розчином не вдавалось, оскільки за високих температур, матеріал гелю розчинявся в воді .
Властивості
 Зовнішні відеофайли | |
|---|---|
 | 1. Як стати водонепроникним за допомогою аерогелю // Канал «Цікава наука» на YouTube, 23 січня 2021. |
На дотик аерогелі нагадують легку, але тверду піну, щось подібне на пінопласт. При сильному навантаженні аерогель тріскається, але загалом це дуже міцний матеріал — зразок аерогеля може витримати навантаження в 2000 разів більше від власної ваги. Аерогелі, особливо кварцові — гарні теплоізолятори. Вони також дуже гігроскопічні.
За зовнішнім виглядом аерогелі напівпрозорі. Завдяки релеївському розсіюванню світла на деревоподібних структурах, вони виглядають блакитнуватими у відбитому світлі і ясно-жовтими у проникному.
Види аерогелів
Найбільш розповсюджені кварцові аерогелі, їм також належить поточний рекорд з найменшої щільності у твердих тіл — 1,9 кг/м³, це в 500 разів менше від 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) й інфрачервоному діапазоні, проте в інфрачервоній області присутні типові для кварцу, одержуваного зневоднюванням силікагелів смуги гідроксилу при 3500 см−1 і 1600 см−1. Завдяки надзвичайно низькій теплопровідності (~0,017 Вт/(м·К) в повітрі за атмосферного тиску), меншою, ніж теплопровідність повітря (0,024 Вт/(м·К)), вони застосовуються в будівництві як теплоізолятори і теплоутримувальні матеріали. Температура плавлення кварцового аерогелю становить 1200 °C.
Вуглецеві аерогелі складаються з наночастинок, ковалентно пов'язаних одна з одною. Вони електропровідні і можуть використовуватися як електроди в конденсаторах. Внаслідок дуже великої площі внутрішньої поверхні (до 800 м²/грам), вуглецеві аерогелі знайшли застосування у виробництві суперконденсаторів () ємністю в тисячі фарад. У наш час досягнуті показники в 104 Ф/грам і 77 Ф/см³. Вуглецеві аерогелі відбивають всього 0,3 % випромінювання в діапазоні довжин хвиль від 0,25 до 14,3 мкм, що робить їх дієвими поглиначами сонячного світла.
Кремнеземні аерогелі з оксиду алюмінію із домішками інших металів використовуються як каталізатори. На основі алюмооксидних аерогелів 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.
Застосування
Крім численних технічних застосувань, обумовлених перерахованими вище неповторними властивостями, аерогель знаменитий передусім використанням у проєкті «Стардаст» як матеріал для пасток космічного пилу.
Оскільки показник заломлення аерогелів посідає 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 (розробка Ліверморської національної лабораторії ім. Лоуренса, США).
На початку 2006 деякі компанії, наприклад, United Nuclear, оголосили про початок продажу аерогелю організаціям і приватним особам. Залежно від розміру і форми зразка, ціна становить від $25 (фрагменти) до $125 (шматочок, що поміщається на долоні).
Є безліч застосувань для аерогелів:
- З комерційною метою аерогелі могли б бути використані у 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 релеївського розсіювання у кремнезему аерогелю, внаслідок чого аерогель менш синій і прозоріший.
- Велика площа його поверхні призводить до численних можливостей, наприклад хімічна адсорбція для очищення розливів (див. адсорбція). Ця властивість 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 певних сумішей шляхом додавання домішок, зміцнення структур, і гібридизації сполук.
- Комерційне виробництво аерогелю почалося близько 2000 року. Аерогель діоксиду кремнію і волокнисто підкріплений, перетворює крихкий аерогель на міцний, гнучкий матеріал. Механічні та термічні властивості продукту можуть бути змінені й засновані на виборі армувальних волокон, аерогелю матриці, і помутніння добавки, залучених до складників.
- NASA використовує аерогелі як пастки космічного пилу, частинок на борту космічного корабля Stardust. Частинки випаровуються під час ударів з твердими тілами і проходять різь гази, і можуть опинитися в пастці аерогелів. НАСА також використовує аерогель для теплоізоляції в марсоходах і космічних скафандрах.
ВМС США оцінює аерогельну білизну як пасивні тепловий захист для дайверів.
- Аерогелі також використовуються у фізиці елементарних частинок, як радіатори в Черенкова. АКК системи детектор Belle, застосовуваних в досліді Belle на KEKB, є останнім прикладом такого використання. Придатність аерогелів визначається їх низьким показником заломлення, заповнюючи прогалину між газами і рідинами, й їх прозорістю та твердий стан, що робить їх зручнішими у використанні, ніж кріогенну рідину або стиснений газ. Їхня низька маса також вигідна для космічних польотів.
- Резорцин — формальдегід аерогелів (полімери хімічно схожі на фенол формальдегідні смоли) в основному використовуються як прекурсори для виробництва вуглецевих аерогелів, або коли потрібні органічні діелектрики з великою поверхнею.
- Перше побутове житлове використання аерогелю як діелектрика, сталося в Технологічному інституті Джорджії's Solar Decathlon Будинок, де він використовується як діелектрик у напівпрозорому даху.
- Метал-аерогельні нанокомпозити можна отримати шляхом просочення гідрогелю розчином, що містить іони відповідного благородного або перехідного металів. Просякнутий гідрогелем і потім опромінений гамма-променем, що призводить до опадів наночастинок металу. Такі композити можуть бути використані як каталізатори, давачі, для електромагнітного екранування, в утилізації відходів. Далекосяжним є використання аерогелів, каталізатором у паливних елементах.
- Вуглецевий аерогель має застосування в будівництві малих електрохімічних іоністорів. Завдяки великій площі поверхні аерогелю, ці конденсатори можуть бути 1/2000th до 1/5000th розміру, щодо подібних електролітичних конденсаторів. Аерогель суперконденсаторів може мати дуже низький опір порівняно зі звичайними суперконденсаторами і може поглинути або виробити дуже високі пікові струми.
- «Dunlop» додав аерогель у форму своєї нової серії тенісних ракеток.
- «Chalcogels» показали фільтр поглинання важкого металу, забруднювачів ртуті, свинцю і кадмію з води.
- Аерогель використовується для введення в розлад надтекучого гелію-3.
Примітки
- . Архів оригіналу за 15 травня 2009. Процитовано 4 жовтня 2009.
- . Архів оригіналу за 5 липня 2008. Процитовано 4 жовтня 2009.
Посилання
- Аерогель [ 25 лютого 2022 у Wayback Machine.] // Велика українська енциклопедія : у 30 т. / проф. А. М. Киридон (відп. ред.) та ін. — 2016. — Т. 1 : А — Акц. — 592 с. — .
| Вікісховище має мультимедійні дані за темою: Аерогелі |
- Найлегша тверда речовина у світі! [ 30 листопада 2020 у Wayback Machine.] українські субтитри, 2019, youtube, 12хв
- Часті питання про аерогель (проект «Стардаст») [ 26 серпня 2012 у Wayback Machine.] (англ.)
- (англ.)
- (рос.)
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Aeroge li vid lat Aer povitrya i lat gelatus zamorozhenij klas materialiv sho yavlyayut soboyu gel u yakomu ridka faza povnistyu zamishena gazopodibnoyu Taki materiali mayut nadzvichajno nizku gustinu i viyavlyayut nizku unikalnih vlastivostej tverdist prozorist zharostijkist tosho Poshireni aerogeli na osnovi amorfnogo dioksidu kremniyu glinozemu a takozh oksidiv hromu ta olova Na pochatku 1990 h otrimano pershi zrazki aerogelyu na osnovi vuglecyu Blok aerogelya v ruciStrukturaAerogeli nalezhat do klasu mezoporistih materialiv u yakih porozhnini skladayut ne menshe 50 ob yemu Perevazhno cej vidsotok dosyagaye 90 99 a gustina stanovit vid 1 do 150 kg m Za strukturoyu aerogeli yavlyayut soboyu derevopodibnu merezhu z ob yednanih u klasteri nanochastinok rozmirom 2 5 nm i por rozmirami do 100 nm IstoriyaPershist u vinahodi viznana za himikom Stivenom Kistlerom Steven Kistler z Tihookeanskogo koledzhu College of the Pacific v Stoktoni Kaliforniya SShA yakij oprilyudniv 1931 roku v zhurnali Nature vlasni doslidi Kistler zaminyav ridinu v geli na metanol a potim nagrivav gel pid tiskom do dosyagnennya temperaturi vishoyi za kritichnu temperaturu metanolu 240 C i pidtrimuyuchi temperaturu povilno znizhuvav tisk Metanol vihodiv z gelyu ne zmenshuyuchis v ob yemi vidpovidno i gel visihav majzhe ne stiskuyuchis Prorobiti ci operaciyi z vodnim rozchinom ne vdavalos oskilki za visokih temperatur material gelyu rozchinyavsya v vodi VlastivostiAerogeli garni teploizolyatori kvitka na shmatku aerogelyu nad palnikom Bunzena 2 5 kg ceglini sho utrimuyetsya na bloci aerogelyu vagoyu 2 38 g Zovnishni videofajli 1 Yak stati vodoneproniknim za dopomogoyu aerogelyu Kanal Cikava nauka na YouTube 23 sichnya 2021 Na dotik aerogeli nagaduyut legku ale tverdu pinu shos podibne na pinoplast Pri silnomu navantazhenni aerogel triskayetsya ale zagalom ce duzhe micnij material zrazok aerogelya mozhe vitrimati navantazhennya v 2000 raziv bilshe vid vlasnoyi vagi Aerogeli osoblivo kvarcovi garni teploizolyatori Voni takozh duzhe gigroskopichni Za zovnishnim viglyadom aerogeli napivprozori Zavdyaki releyivskomu rozsiyuvannyu svitla na derevopodibnih strukturah voni viglyadayut blakitnuvatimi u vidbitomu svitli i yasno zhovtimi u proniknomu Vidi aerogelivNajbilsh rozpovsyudzheni kvarcovi aerogeli yim takozh nalezhit potochnij rekord z najmenshoyi shilnosti u tverdih til 1 9 kg m ce v 500 raziv menshe vid shilnosti vodi i vsogo v 1 5 razi bilshe shilnosti povitrya Kvarcovi aerogeli propuskayut svitlo v m yakomu ultrafioleti i vidimij oblasti z dovzhinoyu hvili bilshe 300 nm j infrachervonomu diapazoni prote v infrachervonij oblasti prisutni tipovi dlya kvarcu oderzhuvanogo znevodnyuvannyam silikageliv smugi gidroksilu pri 3500 sm 1 i 1600 sm 1 Zavdyaki nadzvichajno nizkij teploprovidnosti 0 017 Vt m K v povitri za atmosfernogo tisku menshoyu nizh teploprovidnist povitrya 0 024 Vt m K voni zastosovuyutsya v budivnictvi yak teploizolyatori i teploutrimuvalni materiali Temperatura plavlennya kvarcovogo aerogelyu stanovit 1200 C Vuglecevi aerogeli skladayutsya z nanochastinok kovalentno pov yazanih odna z odnoyu Voni elektroprovidni i mozhut vikoristovuvatisya yak elektrodi v kondensatorah Vnaslidok duzhe velikoyi ploshi vnutrishnoyi poverhni do 800 m gram vuglecevi aerogeli znajshli zastosuvannya u virobnictvi superkondensatoriv yemnistyu v tisyachi farad U nash chas dosyagnuti pokazniki v 104 F gram i 77 F sm Vuglecevi aerogeli vidbivayut vsogo 0 3 viprominyuvannya v diapazoni dovzhin hvil vid 0 25 do 14 3 mkm sho robit yih diyevimi poglinachami sonyachnogo svitla Kremnezemni aerogeli z oksidu alyuminiyu iz domishkami inshih metaliv vikoristovuyutsya yak katalizatori Na osnovi alyumooksidnih aerogeliv z dobavkami gadoliniya i terbiya v NASA buv rozroblenij detektor visokoshvidkisnih zitknen v misci zitknennya chastinki z poverhneyu vidbuvayetsya flyuorescenciya intensivnist yakoyi zalezhit vid shvidkosti zitknennya ZastosuvannyaKrim chislennih tehnichnih zastosuvan obumovlenih pererahovanimi vishe nepovtornimi vlastivostyami aerogel znamenitij peredusim vikoristannyam u proyekti Stardast yak material dlya pastok kosmichnogo pilu Oskilki pokaznik zalomlennya aerogeliv posidaye promizhne polozhennya mizh pokaznikami zalomlennya gazopodibnih i ridkih tverdih rechovin aerogel vikoristovuyetsya yak radiator v cherenkovskih detektorah zaryadzhenih chastinok Aerogeli mozhut vikoristovuvatisya yak gazovi ta ridinni filtri Aerogel na osnovi okisu zaliza z alyuminiyevimi nanochastinkami mozhe sluzhiti vibuhivkoyu rozrobka Livermorskoyi nacionalnoyi laboratoriyi im Lourensa SShA Na pochatku 2006 deyaki kompaniyi napriklad United Nuclear ogolosili pro pochatok prodazhu aerogelyu organizaciyam i privatnim osobam Zalezhno vid rozmiru i formi zrazka cina stanovit vid 25 fragmenti do 125 shmatochok sho pomishayetsya na doloni Ye bezlich zastosuvan dlya aerogeliv Z komercijnoyu metoyu aerogeli mogli b buti vikoristani u granulovanih formah dlya dodavannya izolyaciyi na vikna Prozorij aerogel dioksidu kremniyu buv bi duzhe pridatnim yak teploizolyacijnij material dlya vikon yakij istotno obmezhuye teplovi vtrati budivel Odna grupa doslidnikiv pokazala sho virobnictvo aerogelyu v nevagomomu navkolishnomu seredovishi mozhe viroblyati chastki bilshogo odnakovogo rozmiru i zmenshiti efekt releyivskogo rozsiyuvannya u kremnezemu aerogelyu vnaslidok chogo aerogel mensh sinij i prozorishij Velika plosha jogo poverhni prizvodit do chislennih mozhlivostej napriklad himichna adsorbciya dlya ochishennya rozliviv div adsorbciya Cya vlastivist takozh daye velikij potencial yak katalizatora abo nosiya katalizatora Aerogel mozhe vikoristovuvatisya takozh yak zagusnik v deyakih farbah i kosmetici Aerogeli prohodyat viprobuvannya dlya vikoristannya v cilyah NIF Dodavannya aerogelyu mozhe zbilshiti efektivnist pevnih sumishej shlyahom dodavannya domishok zmicnennya struktur i gibridizaciyi spoluk Komercijne virobnictvo aerogelyu pochalosya blizko 2000 roku Aerogel dioksidu kremniyu i voloknisto pidkriplenij peretvoryuye krihkij aerogel na micnij gnuchkij material Mehanichni ta termichni vlastivosti produktu mozhut buti zmineni j zasnovani na vibori armuvalnih volokon aerogelyu matrici i pomutninnya dobavki zaluchenih do skladnikiv NASA vikoristovuye aerogeli yak pastki kosmichnogo pilu chastinok na bortu kosmichnogo korablya Stardust Chastinki viparovuyutsya pid chas udariv z tverdimi tilami i prohodyat riz gazi i mozhut opinitisya v pastci aerogeliv NASA takozh vikoristovuye aerogel dlya teploizolyaciyi v marsohodah i kosmichnih skafandrah VMS SShA ocinyuye aerogelnu biliznu yak pasivni teplovij zahist dlya dajveriv Aerogeli takozh vikoristovuyutsya u fizici elementarnih chastinok yak radiatori v Cherenkova AKK sistemi detektor Belle zastosovuvanih v doslidi Belle na KEKB ye ostannim prikladom takogo vikoristannya Pridatnist aerogeliv viznachayetsya yih nizkim pokaznikom zalomlennya zapovnyuyuchi progalinu mizh gazami i ridinami j yih prozoristyu ta tverdij stan sho robit yih zruchnishimi u vikoristanni nizh kriogennu ridinu abo stisnenij gaz Yihnya nizka masa takozh vigidna dlya kosmichnih polotiv Rezorcin formaldegid aerogeliv polimeri himichno shozhi na fenol formaldegidni smoli v osnovnomu vikoristovuyutsya yak prekursori dlya virobnictva vuglecevih aerogeliv abo koli potribni organichni dielektriki z velikoyu poverhneyu Pershe pobutove zhitlove vikoristannya aerogelyu yak dielektrika stalosya v Tehnologichnomu instituti Dzhordzhiyi s Solar Decathlon Budinok de vin vikoristovuyetsya yak dielektrik u napivprozoromu dahu Metal aerogelni nanokompoziti mozhna otrimati shlyahom prosochennya gidrogelyu rozchinom sho mistit ioni vidpovidnogo blagorodnogo abo perehidnogo metaliv Prosyaknutij gidrogelem i potim oprominenij gamma promenem sho prizvodit do opadiv nanochastinok metalu Taki kompoziti mozhut buti vikoristani yak katalizatori davachi dlya elektromagnitnogo ekranuvannya v utilizaciyi vidhodiv Dalekosyazhnim ye vikoristannya aerogeliv katalizatorom u palivnih elementah Vuglecevij aerogel maye zastosuvannya v budivnictvi malih elektrohimichnih ionistoriv Zavdyaki velikij ploshi poverhni aerogelyu ci kondensatori mozhut buti 1 2000th do 1 5000th rozmiru shodo podibnih elektrolitichnih kondensatoriv Aerogel superkondensatoriv mozhe mati duzhe nizkij opir porivnyano zi zvichajnimi superkondensatorami i mozhe poglinuti abo virobiti duzhe visoki pikovi strumi Dunlop dodav aerogel u formu svoyeyi novoyi seriyi tenisnih raketok Chalcogels pokazali filtr poglinannya vazhkogo metalu zabrudnyuvachiv rtuti svincyu i kadmiyu z vodi Aerogel vikoristovuyetsya dlya vvedennya v rozlad nadtekuchogo geliyu 3 Primitki Arhiv originalu za 15 travnya 2009 Procitovano 4 zhovtnya 2009 Arhiv originalu za 5 lipnya 2008 Procitovano 4 zhovtnya 2009 PosilannyaAerogel 25 lyutogo 2022 u Wayback Machine Velika ukrayinska enciklopediya u 30 t prof A M Kiridon vidp red ta in 2016 T 1 A Akc 592 s ISBN 978 617 7238 39 2 Vikishovishe maye multimedijni dani za temoyu Aerogeli Najlegsha tverda rechovina u sviti 30 listopada 2020 u Wayback Machine ukrayinski subtitri 2019 youtube 12hv Chasti pitannya pro aerogel proekt Stardast 26 serpnya 2012 u Wayback Machine angl angl ros