World's Lightest Solid: Aerogel

Как аэрогель меняет представление о материалах?

Уникальные свойства аэрогеля

• Аэрогель — самый легкий и низкоплотный твердый материал в мире, состоящий на 99.8% из воздуха. Он выглядит как замороженный дым и весит всего 1.74 г.

• Этот материал способен выдерживать экстремальные температуры от -275°C до 650°C, обеспечивая защиту от тепла, не имеющую аналогов на Земле.

• При небольшом давлении аэрогель разрушается на тысячи частиц, превращаясь в пыль, которая становится гидрофобной при контакте с поверхностью.

Применение аэрогеля

• Аэрогели могут принимать различные формы благодаря своей структуре, состоящей на 99% из воздуха. Они обладают уникальными звуковыми характеристиками.

• Это лучший теплоизолятор во Вселенной; NASA использует его для изоляции космических аппаратов, таких как марсоходы.

История создания аэрогеля

• Аэрогель был введен в обиход около 100 лет назад благодаря ставке между двумя учеными о том, что можно заменить всю жидкость в кремнеземном геле газом без разрушения его формы.

• Процесс супер критической сушки позволяет удалить жидкость при высоких температурах и давлениях без разрушения структуры.

Гидрофобные свойства

• Аэрогель демонстрирует как гидрофильные, так и гидрофобные характеристики. Его гидрофобность была продемонстрирована через эксперимент с водой.

• Порошок аэрогеля не тонет в воде и создает барьер, позволяя спичке оставаться сухой даже после погружения.

Защита от огня

• В эксперименте с мини-бургером один бургер подвергался прямому воздействию пламени, а другой защищался аэрогелем; второй остался практически невредимым.

• Основная проблема использования аэрогелей заключается в их хрупкости: при малейшем давлении они легко разрушаются на мелкие частицы.

Решение проблемы хрупкости

• Для решения проблемы хрупкости разработан закрытый ячеистый пенопласт на основе кремнезема с маленькими запечатанными воздушными карманами.

Испытание аэрогеля и его свойства

Испытание с огнем и температурой

• Испытуемый демонстрирует использование огнемета, который создает пламя высотой 5-6 футов. Толщина щита из аэрогеля составляет 1/4 дюйма, что делает его очень тонким.

• Проводится тестирование аэрогелевого щита при максимальной температуре, которую может достичь пропан.

• Температура пламени достигает около 1200°C. Обсуждается способность аэрогеля блокировать шум.

Блокировка шума

• В коробке с аэрогелем измеряется уровень шума: без музыки он составляет около 50 дБ, а с музыкой — около 75 дБ, что указывает на блокировку 50% шума.

Опасности жидкого азота

• Обсуждается безопасность работы с жидким азотом; контакт с кожей может привести к обморожению.

• Испытуемый использует защитный костюм из аэрогеля перед тем, как работать с жидким азотом.

Эксперименты с продуктами

• Жидкий азот распыляется на петрушку для наблюдения за эффектом замораживания.

• Кусок курицы помещается в жидкий азот для изучения воздействия на мясо и кости.

Личный эксперимент

• После эксперимента с курицей испытуемый готовится испытать холод на себе.

• Используется специальный костюм из аэрогеля; испытуемый не чувствует холода от распыленного жидкого азота.

Гидрофобные свойства аэрогеля

Применение в воде

• Аэрогель используется для защиты тела от воды; испытуемый покрывает себя порошком аэрогеля перед погружением в воду.

• Несмотря на полное погружение, тело остается сухим благодаря свойствам аэрогеля.

Эффект под водой

• Подводная съемка показывает, как пузырьки воздуха создают блестящий вид кожи испытуемого благодаря слою аэрогеля.

Реакция на дождь

Как работает аэрогель?

Свойства аэрогеля

• Аэрогель обладает уникальной текстурой, напоминающей маленькую губку, способной поглощать влагу из воздуха в 25 раз больше своего веса. Это делает его идеальным для использования в музеях для защиты артефактов и хранения медикаментов без воздействия влаги.

• Нанопоры аэрогеля имеют размеры от 20 до 40 нанометров, что значительно меньше диапазона видимого света (380-750 нанометров). Это приводит к рассеиванию коротковолнового света (синие и ультрафиолетовые лучи), что придаёт аэрогелю синий цвет.

Влияние света на аэрогель

• При воздействии ультрафиолетового света, который имеет самые короткие длины волн, аэрогель становится непрозрачным из-за более эффективного рассеивания этого света.

• Когда аэрогель подвергается солнечному свету, он выглядит желтым. Это связано с тем, что он пропускает более длинные волны света (желтые и красные) легче всего, особенно в яркий солнечный день. Этот эффект аналогичен тому, как небо выглядит голубым днём и меняет цвет на рассвете и закате.

Благодарности