Аэрогель. Характеристики. Открытие. Применение в современных стеклопакетах

Аэрогель. Характеристики. Открытие. Применение  в современных стеклопакетах

Что за зверь «аэрогель»?

Одним из перспективных и эффективных методов повысить теплоизоляционные характеристики современных стеклопакетов называют заполнение пространства между стёклами аэрогелем диоксида кремния. Аэрогель диоксида кремния содержит в себе небольшие сферы аморфного кремнезема, которые соединяются друг с другом в цепи, образуя трехмерную сетку. Поры в этой сетке заполнены воздухом.

Аэрогель более чем на 96% содержит в своих порах (размер которых от 10 до 20нм) воздух. Оставшиеся 4 % это тонкая матрица SiO2.

Свойства аэрогеля

Удельная плотность аэрогеля составляет 0,0003 гр/см3. Этот показатель превышает показатели воздуха в три раза и в тысячу раз меньше чем у стекла.

Аэрогель один из тех редких на сегодняшний день веществ – одновременно прозрачный и пористый.

Этот материал самый легкий из твердых материалов.

Аэрогель способен к высокой термической изоляции – до 800 ОС.

Также у него высокая акустическая изоляция – показатель скорости звука через аэрогель достигает только 100м/сек.

Коэффициент преломления аэрогеля также мал – 1,0-1,05.

Площадь поверхности одной унции аэрогеля сравнима с площадью десяти футбольных полей.

Как появился аэрогель

В 1931 году химику Стивену Кистлеру впервые удалось получить первый аэрогель. Он пропитывал водный гель в этиловом спирте, с целью заменить воду, нагревая этиловый спирт и гель в закрытом сосуде при температуре +2400С и давлении 80 атмосфер, он медленно разгерметизировал этот сосуд. Этиловый спирт, превратившись в пар, вытекал из сосуда и оставлял сотовую матрицу, которая была заполнена воздухом. Ученый открыл, что при условии уменьшения воздействия вакуума, теплопроводность аэрогеля может уменьшиться.

В конце 70-х годов прошлого века благодаря золь-гель химии, ученые начали получать высококачественный аэрогель кварца в одном цикле, избавив технологию от двух недостатков в технологии Кистлера. Этими недостатками были обменный шаг вода-алкоголь и наличие неорганических солей в геле.

Далее уже в начале 80-х годов прошлого двадцатого века ученые бились над вопросом замены этилового спирта углекислым газом. Это дало возможность повысить безопасность приготовления аэрогеля кварца.

Всё это, в конце концов, привело к получению учеными аэрогеля кварца с самой низкой удельной плотностью 0,003 г/см3.

Экологичность аэрогеля

В отличие от хлорфторуглеродов, аэрогель считается безвредным для стратосферного озонового слоя Земли, чьё истощение грозит человечеству увеличением числа заболевших раком кожи.

Применение аэрогеля

Благодаря тому, что NASA и Национальная лаборатория Беркли в 1996 году получили первые аэрогели на космической орбите, уже в 1997 году его использовали с целью теплоизоляции батарей марсохода Sojourner.

При помощи аэрогелей ведутся разработки специальных пленок, благодаря которым должны появиться 24-ГГц компьютеры.

Ну и как уже было упомянуто выше – аэрогель позволяет значительно повысить теплоизоляционные характеристики современных стеклопакетов.

Недостатки аэрогеля

На данный момент времени технология изготовления аэрогеля остается дорогостоящей. Также его распространение в качестве теплоизолятора сдерживает факт недостаточной прозрачности – аэрогель пока имеет слегка желтый цвет на светлом фоне, и светло-голубой на черном.

Поэтому сейчас учеными решаются две основные задачи. Первая – довести уровень прозрачности аэрогеля до максимума. Вторая – удешевить технологию его производства.

Заключение

Итак, можно утверждать, что аэрогель достаточно перспективный материал, который требует доработки до идеального состояния и дешевизны.

Аэрогель кремнезема считается лучшим твердым теплоизолятором, который был обнаружен или получен на нашей планете.


Дополнительно по теме: wikipedia.org
Полезный совет?

эксперт, ответивший на вопрос

Sandrin
Мудрейший

Пишу много и о разном

Похожие статьи

Комментарии

Еще нет комментариев.

оставить свой комментарий

* - скрыт от пользователей, только для уведомлений