Provipstroy.ru

Строительный Мастер Provipstroy.ru
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Аэрогель – материал будущего

Аэрогель – материал будущего

В современном мире нанотехнологии в строительной области развиваются стремительными темпами. Уже придуманы новые арматурные стали, самоочищающиеся стекла, износостойкие покрытия. Недавно был придуман новый уникальный материал.

Аэрогель – это новый наноматериал, который состоит из замороженного дыма или твердого воздуха. Это гель, при производстве которого используется диоксид кремния, жидкая часть которого переведена в газообразное состояние. Вследствие чего этот материал обладает низкой плотностью. И обладает повышенной прочностью, твердостью, прозрачностью и жаропрочностью. Внешне он похож на твердую пену или пенопласт.

Применение аэрогеля

Первые аэрогели, благодаря их особенным свойствам, с успехом применялись на космической орбите для теплоизоляции батарей. Аэрогели используют в разработке специальных пленок. Которые будут применяться для производства 24-Ггц компьютеров.

Совокупность полезных свойств аэрогеля позволяет использовать его в качестве утеплительного материала. Он по качественным и экономичным показателям превосходит любой другой утеплитель. Этот материал используется, когда возникает необходимость в повышенной теплозащите.

Аэрогель применяют для:

  • для теплоизоляции различных конструкций, особенно для гражданского и промышленного строительства;
  • для защиты разнообразных трубопроводов, что обеспечивает экономную работу инженерных систем жизнеобеспечения;
  • для теплоизоляции и герметизации емкостей и резервуаров промышленной функциональности, особенно нестандартной формы;
  • также используется для влагоизоляции различных объектов, что предотвращает появление коррозии;
  • применяется для повышения параметров теплоизоляции в современных стеклопакетах.

Производство аэрогеля

Процесс производства аэрогеля достаточно сложный. Сначала гель под воздействием определенных химических реакций полемиризуется. Затем из железообразного продукта удаляется жидкость. Далее при участии сжиженного газа материал подвергается процедуре полного высыхания. Эта процедура осуществляется в специальном автоклаве при очень высоком давлении и повышенном температурном режиме. В результате чего этот материал обладает нано — пористой структурой, сверх низкой теплопроводностью, высокой удельной поверхностью и не высокой диэлектрической постоянной.

Преимущества теплоизоляционных материалов в строительстве

Аэрогель может эффективно использоваться для утепления домов. Это особенно актуально в связи с систематическим и постоянным повышением цен на различные виды энергии. Возникает необходимость в рациональном использовании энергии и поддержании тепла в домах.

Теплоизоляционные материалы с аэрогелем выгодно отличаются от традиционно используемых материалов и обладают целым рядом полезных свойств:

  • Качество теплоизоляционных характеристик этого материала в 3-5 раз превосходят обычные эффективные материалы. Уникальные свойства теплоизоляции материала обусловлены очень низким коэффициентом теплопроводности среди твердых тел.
  • Данный материал позволяет сэкономить на свободном пространстве. Для достижения максимального теплосберегающего эффекта достаточно всего лишь 20 мм слоя материала с аэрогелем.
  • Для строительства этот материал незаменим. Он обладает особой прочностью при растяжении и сжатии, что делает его использование в строительных работах максимально эффективным. Например, эти характеристики предотвратят деформацию материала, в результате небрежного отношения.
  • Данные виды материалов обладают гидрофобностью. И являются практически водонепроницаемыми. Что позволяет эффективно защитить от коррозии различные трубопроводные системы. Неоценимый плюс материала в том, что он может прослужить более 20 лет.
  • Данные теплоизолирующие материалы могут найти применение при звукоизоляции помещения. И использоваться как амортизационная конструкция.
  • Этот уникальный материал полностью безопасен для экологии. Так как не содержит вредных примесей. И может утилизироваться как обычные строительные отходы.

Видео

Общая информация об Аэрогеле

Аэроге́ли (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.

Общий вид аэрогеля

Аэрогель уникален еще и тем, что на 99.8% состоит из… воздуха!

Распространены аэрогели на основе аморфного диоксида кремния, глинозёмов, а также оксидов хрома и олова. В начале 1990-х получены первые образцы аэрогеля на основе углерода.

Аэрогель – весьма необычное творение человеческих рук, материал, удостоенный за свои уникальные качества 15 позициями в книге рекордов Гиннеса.

Аэрогели относятся к классу мезопористых материалов, в которых полости занимают не менее 50 % объёма. По структуре аэрогели представляют собой древовидную сеть из объединенных в кластеры наночастиц размером 2—5 нм и пор размерами до 100 нм.

На ощупь Аэрогели напоминают легкую, но твердую пену, что-то вроде пенопласта. При сильной нагрузке аэрогель трескается, но в целом это весьма прочный материал — образец аэрогеля может выдержать нагрузку в 2000 раз больше собственного веса. Аэрогели, в особенности кварцевые — хорошие теплоизоляторы.

Кварцевые Аэрогели наиболее распространены, им также принадлежит текущий 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 также популярны благодаря чрезвычайно низкой теплопроводности (

0,017 Вт/(м•К) в воздухе при нормальном атмосферном давлении), меньшей, чем теплопроводность воздуха (0,024 Вт/(м•К)).

Применение Аэрогеля

Аэрогели применяются в строительстве и в промышленности в качестве теплоизолирующих и теплоудерживающих материалов для теплоизоляции стальных трубопроводов,различного оборудования с высоко- и низкотемпературными процессами, зданий и других объектов. Он выдерживает температуру до 650°C, а слоя толщиной 2,5 см достаточно, чтобы защитить человеческую руку от прямого воздействия паяльной лампы.

Температура плавления кварцевого Аэрогеля составляет 1200°C.

Производство Аэрогеля

Процесс производства аэрогелей сложен и трудоемок. Сначала при помощи химических реакций гель полимеризуется. Эта операция занимает несколько суток и на выходе получается желеобразный продукт. Затем спиртом из желе удаляется вода. Полное ее удаление – залог успешности всего процесса. Следующий шаг — «суперкритическое» высыхание. Оно производится в автоклаве при высоком давлении и температуре, в процессе участвует сжиженный углекислый газ.

Первенство в изобретении аэрогеля признано за химиком Стивеном Кистлером (Steven Kistler) из Тихоокеанского колледжа (College of the Pacific) в Стоктоне, Калифорния, США, опубликовавшего в 1931 году в журнале Nature свои результаты.

Кистлер заменял жидкость в геле на метанол, а потом нагревал гель под давлением до достижения критической температуры метанола (240°C). Метанол уходил из геля, не уменьшаясь в объёме; соответственно, и гель «высыхал», почти не ужимаясь.

Аэрогель невесомый материал будущего

Аэрогель — весьма необычное творение человеческих рук, материал, удостоенный за свои уникальные качества 15 позициями в книге рекордов Гиннеса.

Название «аэрогель» произошло от двух латинских слов aer — воздух и gelatus — замороженный. Поэтому аэрогель часто называют «замороженным дымом». Впрочем, по внешнему виду аэрогель действительно напоминает застывший дым. Аэрогель представляет собой необычный гель, в котором отсутствует жидкая фаза, полностью замещенная газообразной, вследствие чего вещество обладает рекордно низкой плотностью, всего в полтора раза превосходящей плотность воздуха, и рядом других уникальных качеств: твердостью, прозрачностью, жаропрочностью и т.д. Аэрогель удивителен еще и тем, что на 99.8% состоит из: воздуха!

История появления аэрогеля до сих пор выяснена не до конца. Известно лишь, что первым его получил американский учёный Сэмюэль Кистлер в конце двадцатых или в тридцатом году прошлого века в Тихоокеанском колледже в Стоктоне (штат Калифорния). Получил, как это порой бывает, в научных изысканиях, почти случайно, в качестве побочного продукта кристаллизации аминокислот в суперкритических супернасыщенных жидкостях. Ученый добился получения аэрогеля, заменяя жидкость в обычном геле метанолом. После этого гель нагревался под высоким давлением до 240 градусов (критическая температура для метанола). В этот момент газообразный метанол уходил из геля, но обезвоженная пена не уменьшалась в объеме. В итоге образовывался легкий мелкопористый материал, названный в последствие аэрогелем.

Читать еще:  Нужна ли ветрозащита под сайдинг без утеплителя?

Официальной датой появления нового материала считается 1931 год, время опубликования статьи о нем в журнале Nature. Неизвестно и происхождение термина «аэрогель». Остается загадкой, сам ли Кистлер ввел его в нашу речь, или воспользовался подсказкой своих коллег. Первый аэрогель был получен ученым из кварца. Впоследствии этот материал научились изготавливать из оксидов металлов, органических веществ, и многих других исходных ингредиентов.

По структуре аэрогели представляют собой древовидную сеть из объединенных в однородные группы (кластеры) частиц размером 2-5 нанометров и пор, заполненных воздухом, размерами до 100 нанометров. Внешне аэрогель больше всего похож на прозрачную или полупрозрачную застывшую мыльную пену. При взгляде невооруженным глазом, аэрогель представляется сплошным однородным веществом, что выгодно отличает его от таких пористых сред как различные пены. На ощупь аэрогель также напоминает застывшую пену. Это достаточно прочный материал — аэрогель способен выдержать нагрузку в 2000 раз больше собственного веса. Например, небольшой блок аэрогеля весом 2.38 г. легко противостоит массе кирпича в 2.5 кг! Кварцевые аэрогели являются очень хорошим теплоизолятором.

Процесс производства аэрогелей сложен и трудоемок. Сначала при помощи химических реакций, гель полимеризуется. Эта операция занимает несколько суток и на выходе получается желеобразный продукт. Затем спиртом из желе удаляется вода. Полное ее удаление — залог успешности всего процесса. Следующий шаг — «суперкритическое» высыхание. Оно производится в автоклаве при высоком давлении и температуре, в процессе участвует сжиженный углекислый газ.

Прикладное использование кварцевого аэрогеля, как материала для изоляции, началось в сороковых годах двадцатого века. Известная компания Monsanto выпускала этот продукт по лицензионному соглашению с Кистлером. Однако широкого распространения в силу дороговизны аэрогелевые теплоизоляторы не получили, и в семидесятых годах производство было свернуто. Лишь в самом конце прошлого века аэрогели вновь начали широко использоваться человечеством, прежде всего в космической отрасли.

Именно аэрогель стал важнейшим элементом решетчатого улавливателя, при помощи которого космический зонд Stardust захватил миллионы крошечных частиц из хвоста кометы Wild 2 и доставил спускаемый аппарат с этими образцами на землю. Кстати сказать, среди многообразия уловленных зондом частиц были обнаружены следы глицина — важнейшей для образования белка аминокислоты. Ученым, разделяющим теорию о внеземном происхождении жизни, эта находка стала косвенным доказательством их правоты.

В качестве уникального теплоизолятора аэрогель планируется использовать в космических скафандрах американского производства, создаваемых для марсианского проекта НАСА. Так же НАСА анонсировало применение аэрогеля в качестве теплового щита новых моделей шаттла.

Перспективны также аэрогели в микроэлектронике. Главным образом, благодаря тому, что они обладают самыми низкими диэлектрическими константами. Использование аэрогелей в качестве изоляционных слоев в многослойных печатных платах позволит значительно повысить быстродействие электроники.

В 2007 году американские химики презентовали созданные ими аэрогели, которые могут служить фильтром для очистки воды от вредных примесей, таких как ртуть, свинец и другие ядовитые тяжелые металлы. Пока производство этих материалов достаточно ограничено из-за высокой цены, т.к. в состав фильтров входит платина, но когда ей будет найдена замена в виде более дешевого аналога, очистителями нового образца можно будет избавить от тяжелых металлов водоемы планеты.

Кроме этого новые аэрогели проявляют свойства полупроводников, следовательно, могут использоваться в фотоэлементах и других оптоэлектронных устройствах.

Кварцевый аэрогель, как уже говорилось, — уникальный теплоизолятор. Он выдерживает температуру до 500 градусов по Цельсию, а слоя толщиной 2,5см достаточно, чтобы защитить человеческую руку от прямого воздействия паяльной лампы. Существуют разновидности аэрогелей с температурой плавления до 1200 С. Свойства арогелей в немалой степени зависят от исходного материала, из которого их производят. Существуют аэрогели из глиноземов (с добавкой оксида алюминия), диоксида кремния, а также оксида олова и хрома. Совсем недавно были получены аэрогели на основе углерода. Есть аэрогели, применяющиеся в качестве катализаторов. В настоящее врмя в НАСА идут испытания алюмооксидных аэрогелей, содержащих редкие элементы — гадолиний и тербий. Эти аэрогели используются как детекторы высокоскоростных соударений.

Некоторые прозрачные разновидности аэрогеля рассматриваются учеными в качестве замены оконному стеклу. Ведь коэффициент преломления у аэрогелей гораздо ниже, чем у стекла (1,05 против 1,5). Изначальную хрупкость этого перспективного материала науке уже удалось преодолеть, сейчас доступен выпуск упругих и гибких аэрогелей. На повестке дня вопрос о снижении себестоимости производства до пределов, делающих использование в широких масштабах рентабельным. Аэрогели часто называют материалом 21 века. Так ли это, мы скоро увидим.

АЭРОГЕЛЬ — изоляция будущего!

22.04.2018

АЭРОГЕЛЬ — теплоизоляция будущего!

Аэрогель, как новый вид тепловой изоляции уже захватывает своими нано-порами рынок тепловой изоляции, в том числе и российский, семимильными шагами попутно осушая своих давно пропитанных влагой конкурентов и находя применение там, где другие материалы не выдерживают и года. Такие крупные компании как «ГАЗПРОМ», «ЛУКОЙЛ», «СИБУР» уже активно используют аэрогель на своих объектах, в частности на трубопроводах и емкостях.

И что же вообще такое аэрогель? Аэрогели (от лат. aer — воздух и gelatus — замороженный) — класс материалов, представляющих собой гель, в котором жидкая фаза полностью замещена газообразной. Бытует заблуждение, что аэрогель –это собственно гелеобразный материал, почти жидкий, который нужно наносить с помощью кисти. Но это действительно большое заблуждение, потому что аэрогель научились добавлять на различные основания, такие как стеклохолст, керамический и углеродно-карбоновые холсты, что делает аэрогель простым с точки зрения монтажа и логистики.

Среди достоинств аэрогеля надо отметить его выдающиеся физико-механические свойства при великолепных теплоизоляционных свойствах. Так коэффициент теплопроводности аэрогеля меньше коэффициента теплопроводности неподвижного воздуха.

Краткий экскурс в историю аэрогеля

  • 1931 – изобретен профессором Тихоокеанского колледжа Самюэлем Стивенсоном Кислером.
  • С 1990-х годов находит свое применение в теплоизоляции. Начало производства теплоизоляционных материалов.
  • 2015 год – применяется более чем в 40 странах. Признан эффективным ведущими международными компаниями такими как: Shell, Газпром, Chevron, ExxonMobile, Еврохим, Petrobrass, Лукойл и другими.

Структуру аэрогеля образуют сферические кластеры диаметром примерно 2—5 нм и пор размерами до 100 нм, формирующие трехмерную сетку, поры которой заполнены воздухом.

Теплоизоляционные свойства материала

Технологическая схема процесса состоит в следующем. Предварительно приготовленные растворы жидкого стекла плотностью 1150-1170 кг/м 3 и серной кислоты плотностью 1126-1128 кг/м 3 поступают в смеситель. Образующийся в течение 6-8 сек гидрогель проходит через масло, коагулирует и приобретает форму шариков. Затем он промывается в чанах водой, после чего вода в гидрогеле замещается этиловым спиртом в нескольких последовательно соединенных диффузорах. Спирт удаляется из геля в автоклавах при 7-9 Па и 540° К. Остатки паров спирта отсасывают вакуумным насосом. Содержащиеся в полученном продукте примеси органических веществ удаляют прокаливанием во взвешенном слое при температуре 570-670° К.

Аэрогель на 98%-99% состоит из воздуха, из которых 75% находится в микропорах ( здесь

На десять лет вперед: 5 самых перспективных материалов будущего

Получайте на почту один раз в сутки одну самую читаемую статью. Присоединяйтесь к нам в Facebook и ВКонтакте.

Читать еще:  Как крепить гидроизоляцию к утеплителю?

Графен

Пожалуй, самым перспективным материалом, который будет использоваться в технике будущего, является графен. С теоретической точки зрения, в нем нет ничего сложного – это всего лишь слой углерода толщиной в один атом. Десятилетиями ученые и инженеры рассуждали о том, какие преимущества возможны при использовании графена, но лишь несколько лет назад удалось его получить.

Случилось это практически случайно. Ученые из Университета Манчестера Андрей Гейм и Константин Новоселов сначала в качестве забавы решили исследовать куски обычного скотча, который используется в виде подложки для графита при работе с туннельным микроскопом. Используя клейкую ленту, они начали отлеплять углерод слой за слоем и в итоге получили то, что до этого считалось невозможным, – идеально ровный слой углерода толщиной в один атом, то есть графен.

Ожидает, что графен станет основой для техники будущего. Ведь электроны в нем передвигаются в сотни раз быстрее, чем в кремнии, а это позволит делать совершенно миниатюрные и производительные микросхемы.

Графен можно использовать для хранения энергии в аккумуляторах и прочих топливных элементах, а также в оптике, создании гибких дисплеев и даже в очистке жидкостей – графеновая пленка, как оказалось, пропускает молекулы воды и задерживает все остальное.

Наиболее оптимистически настроенные ученые и инженеры заявляют о возможной «графеновой революции». Но произойдет это не раньше, чем через 10 лет.

Vantabalck

Разработанный британской компанией Surrey Nanosystems материал с названием Vantabalck называют «самым темным материалом на Земле». Дело в том, что он поглощает около 99,96% попадающего на него света, что приближается к параметрам Черных дыр.

Vantabalck состоит из графитовых нанотрубок, каждая из которых примерно в 10 тысяч раз тоньше человеческого волоса. Их диаметр настолько мал, что фотоны света банально не могут просочиться между ними, а это дает огромное количество возможностей при использовании данного материала в технике.

Создатели Vantabalck уже ожидают, что их детище будут использовать для поглощения сторонних источников света в оптических приборах, к примеру, в телескопах. Перспективным видится применение данного материала в системах тепловой защиты, а также в электронике.

Но в компании Surrey Nanosystems заявили, что они ни в коем случае не будут сотрудничать со структурами из оборонной промышленности.

Графеновый аэрогель

Пока одни ученые учатся создавать в промышленных объемах слой углерода толщиной в один атом, другие пытаются превратить графен снова в объемную структуру, но чтобы он при этом не терял свои функции. Так и получился графеновый аэрогель – самый легкий в мире материал.

Плотность этого аэрогеля составляет всего 0.16 мГ/см3, что позволяет ему по данному показателю находиться между газообразным гелием и газообразным водородом. Но графеновый аэрогель является не газом, а пористой структурой с уникальными данными.

Всего один грамм графенового аэрогеля может за секунду поглотить 68,8 грамма не растворяемой в воде жидкости. А это позволяет использовать его, к примеру, при сборе нефти после аварий на танкерах или добывающих платформах.

Возможно применение графенового аэрогеля также в системах аккумулирования энергии в качестве катализатора некоторых реакций и наполнителя для сложных композитных материалов.

Willow Glass

Willow Glass – это один из перспективных вариантов знаменитого стекла Gorilla Glass, которое в последние годы активно применяется при создании экранов мобильных устройств. Сохранив все преимущества «гориллы», в частности, хорошую сопротивляемость к царапинам и ударам, новый его вариант получит совершенно новые возможности, а именно – сгибаемость.

Продемонстрированные экземпляры стекла Willow Glass можно сгибать в разные стороны, но оно не потеряет свою прочность и функциональность. При этом толщина материала вполне сравнима с толщиной листа бумаги формата А4.

Ожидается, что мобильные устройства в самом недалеком будущем станут гибкими. А Willow Glass – это именно то стекло, на основе которого будут создаваться их экраны.

Starlite

Starlite – это один из самых загадочных и, одновременно, перспективных материалов современности. Его создал более двадцати лет назад британский химик-любитель Морис Уорд, но с тех пор, благодаря жадности изобретателя, этот пластик так и не был запущен в массовое производство. А зря.

Ведь Starlite обладает уникальными физическими свойствами. Сам Уорд утверждал, что этот пластик может выдержать практически любой нагрев вплоть до температуры атомного взрыва. Последнее не доказано, но паяльную лампу с ее 1000 градусов по Цельсию этот материал легко выдерживает.

Starlite можно было бы использовать при производстве защитных костюмов для спасателей, в строительстве, автомобильной, авиационной и даже космической промышленности – другие ученые не смогли даже близко приблизиться к характеристикам Starlite.

Понравилась статья? Тогда поддержи нас, жми:

что ты ищешь?

  • Оборудование для электролиза алюминия
    • Алюминиевый прокат/рулон/Лист/Фольга
    • Другое
  • Аэрогель изоляция
    • Утеплитель с фольгой
    • Аэрогель в чистом виде
    • Изоляционная пластина
  • Со2 экстракция
    • Больше
    • Экстракция каннабидиола
    • Доп. оборудование

Аэрогель теплоизоляция трубопроводов отопления

Наш а суперовая изоляция для системы отопления пригодна.

Сверхкритическая СО2 экстракция

Наша система сверхкритической флюидной экстракции (СКФ.

Аэрогель для утепления дома цена

Аэрогель теплоизоляция — гибкий теплоизоляционный мате.

Анододержатель алюминиевого электролизера

Анододержатель алюминиевого электролизера также назыв.

  • Весенний тур в горах Фуси
  • Узбекские клиенты посещают нашу производственную базу сверхкритического экстракции в Уцзяне
  • 2019 Индийская алюминиевая выставка
  • Вице-директор Сианьского авиационного профессионально-технического колледжа Ван Хунбинь посещает ООО《Joda》

Аэрогель теплоизоляция для стен

Аэрогель–новый наноматериал, он состоит из замороженного дыма. Материал обладает низкой плотностью, прочностью, твердостью, прозрачност
  • информация о продукте
  • запрос

Что касается теплоизоляционных материалов для стен, прежде всего, может быть, вы вспомитаете пенополистирол или другие теплоизоляционные материалы. А на этой статье хочу рекомендовать вам купить утеплитель аэрогель, потому что у пенополистирола существует некоторые минусы и опасности, а наш утеплитель аэрогель обладает рядом отличных характеристик, которыми совсем не обладает пенополистирол. Аэрогель утеплитель, который поставлен нашей компанией, относится к другому классу утеплителей и превосходит пенополистирольные утеплители, которые включают в себя два вида утеплителя для стен — собственно пенополистирол и экструзионный пенополистирол, практически по всем показателям. Об этом утеплителе (на основе аэрогеля) я расскажу потом.

Аэрогель – это новый наноматериал, который состоит из замороженного дыма или твердого воздуха. Как всем понятно, этот материал обладает низкой плотностью, и обладает прочностью, твердостью, прозрачностью и жаропрочностью. Наш утеплитель аэрогель — это одеяло изоляции в рулонах, оно состоит из волокна как закладная планка и аэрогеля. Так что наш аэрогель утеплитель стен имеет не только хорошую вязкость, но и отличные своиства аэрогеля.

Новосибирский аэрогель и сферы его применения

Высокотехнологичные материалы, которые производят ученые новосибирского Академгородка, можно использовать не только в космических опытах или экспериментах на встречных пучках, но также в стеклопакетах и при теплоизоляции зданий.

Аэрогели — это особые структуры, в которых жидкая фаза полностью замещена газообразной. Они обладают целым рядом уникальных свойств: твёрдостью, прозрачностью, жаропрочностью, чрезвычайно низкой теплопроводностью и так далее.

Как же производят аэрогель? Его синтез состоит из нескольких стадий. Сначала необходимо смешать раствор, содержащий соединения кремния, с катализатором и водой. После протекания химической реакции в нем появляются очень маленькие, размером в несколько нанометров, нерастворимые частицы кремнезема. Когда их становится много, они начинают слипаться в длинные цепочки, которые затем переплетаются, и масса становится неподвижной. Далее получившееся вещество затвердевает: образуется гель, по виду напоминающий студень. Из-за того, что структура твердой фазы этой субстанции очень нежная, ее приходится сушить в особых, сверхкритических условиях. Искусство состоит в том, чтобы блоки материала получились целыми и прозрачными. При всех полезных свойствах они довольно хрупкие — их легко сломать руками.

Читать еще:  Изоляция трубы дымохода: возможные способы

Научные исследования по разработке технологии синтеза аэрогеля в СССР начались в новосибирском Академгородке тридцать лет назад. Работы инициировал сотрудник Института ядерной физики СО АН СССР доктор физико-математических наук Алексей Павлович Онучин, известный ученый, специалист в области экспериментов на встречных пучках. Для этих опытов физики традиционно используют черенковские счетчики, которые детектируют излучение Вавилова-Черенкова. Его вспышку вызывает заряженная частица, движущаяся в определенной среде, и лучше всего для регистрации фотонов по своим свойствам подходит именно аэрогель.

Ученые ИЯФ обратились к своим коллегам из Института катализа СО АН СССР, где с подачи доктора химических наук Юрия Ивановича Ермакова началось производство инновационного материала. Сейчас можно с уверенностью сказать, что те исследования на годы опередили современный тренд на работы в этой области нанотехнологий, а западные коллеги сумели повторить достижения новосибирских специалистов только в конце 1990-х.

Изначально аэрогель применяли в детекторе элементарных частиц КЕДР, который работает на установке ВЭПП-4М Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН. Ученым Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН пришлось изготовить 2000 литров этого материала.

Специалисты утверждают, что новосибирский аэрогель по ряду параметров является лучшим в мире и превосходит зарубежные аналоги — например, японского производства. Сейчас ИК СО РАН и ИЯФ СО РАН активно сотрудничают с Национальной лабораторией Томаса Джефферсона (США) — блоки материала изготавливаются для американских специалистов, изучающих свойства адронов. Ранее новосибирский продукт использовался для экспериментов, которые проводит ЦЕРН, а сейчас применяется в универсальном детекторе AMS02 на Международной космической станции — прибор регистрирует потоки протонов, антипротонов и ядер.

  • Лаборант ИЯФ СО РАН Александр Тарков (слева) и старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН, кандидат физико-математических наук Евгений Кравченко (справа)

— Аэрогель уже применялся в космических экспериментах для ловли микрометеоритов и космической пыли — эти опыты проводились на станции «Мир» и американских «Шаттлах», — отмечает старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН кандидат физико-математических наук Евгений Анатольевич Кравченко. — В рамках проекта Stardust специальный аппарат захватывал вещество, находящееся в хвосте кометы Вильда-2, в блоки аэрогеля, поскольку именно этот материал способен затормозить летящие на чрезвычайно высокой скорости частицы без их перегрева и без разрушения даже органических молекул.

В дальнейшем аэрогель предполагается использовать для регистрации элементарных частиц в будущем коллайдере ИЯФ СО РАН — Супер Чарм-Тау фабрике. Впрочем, фундаментальная наука — не единственная сфера приложения этого материала. Среди твердых веществ он является лучшим по теплоизолирующим свойствам — в частности, его эффективность на 50 процентов выше, чем у пенопласта.

— Если внутрь теплоизолирующей панели, где между стенок находится вакуум, добавить аэрогель, то ее свойства значительно улучшатся, — отмечает старший научный сотрудник Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН кандидат химических наук Александр Федорович Данилюк.

Еще одно интересное свойство материала — способность пропускать видимый свет, задерживать инфракрасное излучение и аккумулировать тепло. Прозрачные панели из аэрогеля можно помещать внутрь стеклопакета: это позволит даже в Сибири строить дома с окнами во всю стену и не бояться, что внутри будет холодно.

Как отмечают ученые, пока это очень дорогой метод, но технологически к его применению в строительстве нет никаких препятствий, и внедрение можно ожидать уже в ближайшие десятилетия. Сейчас на западе началось промышленное применение аэрогелевой крошки, которую используют для теплоизоляции в стеклопакетах.

По словам Евгения Анатольевича Кравченко, аэрогель достаточно эффективен и как звукоизолятор — это можно применять при строительстве пассажирских самолетов, чтобы максимально снизить шум от двигателей в салоне.

Павел Красин, фото Натальи Купиной

Новосибирские физики испытали аэрогель для будущего коллайдера. Он похож на реквизит из фантастических фильмов

Ученые Института ядерной физики СО РАН разработали проект системы идентификации частиц для экспериментов на будущем новосибирском коллайдере — Супер С-Тау фабрике. Исследователи хотят использовать детектор черенковских колец на основе фокусирующего аэрогеля. Тайга.инфо объясняет, что это значит.

В чем суть метода?

Заряженная частица, проходя через аэрогель, производит вспышку черенковского излучения, то есть образует фотоны. Они излучаются под определенным углом к направлению движения частицы, который зависит от ее скорости. Зная координаты зарегистрированных фотонов, можно установить скорость частицы, что позволяет определить ее тип.

Что такое аэрогель?

Аэрогель — это твердый материал с рекордно низкой плотностью. Он состоит из очень маленьких частиц диоксида кремния, которые соединены в хаотические цепочки, и образуют сеть мезопор. Основная его составляющая — до 99,8% — воздух. Аэрогель обладает очень низкой теплопроводностью, благодаря чему выдерживает экстремально низкие и высокие температуры.

Новосибирский аэрогель обладает важным свойством — хорошей прозрачностью. Фото Натальи Купиной

Где используют новосибирский аэрогель?

Аэрогель Института ядерной физики и Института катализа СО РАН использовался в эксперименте LHCb (ЦЕРН), а сейчас применяется в проекте DIRAC (ЦЕРН). На Международной космической станции установлен универсальный детектор AMS02, в составе которого также используется новосибирский аэрогель.

Кроме того, блоки новосибирского аэрогеля используются в детекторе КЕДР коллайдера ВЭПП-4 М ИЯФ СО РАН. Для детектора СНД коллайдера ВЭПП-2000 ИЯФ СО РАН новосибирские ученые создали особый сверхплотный аэрогель.

В проектируемом в Институте ядерной физики СО РАН коллайдере Супер С-тау фабрика также предполагается использование этого материала для регистрации элементарных частиц. Уникальность предложения новосибирских физиков — в использовании четырехслойного фокусирующего аэрогеля, который умеют производить только в Институте катализа СО РАН.

Ученые успешно испытали прототип и убедились, что он эффективно работает. Но разработка на этом не заканчивается — продолжается тестирование, выбор конкретных технических решений, оптимальной электроники и фотонных детекторов.

Образец аэрогеля. Фото Светланы Ерыгиной

Зачем нужна Супер С-тау фабрика?

Супер С-Тау фабрика — это электрон-позитронный коллайдер, который планирует построить ИЯФ СО РАН. Основная цель экспериментов на Супер С-Тау фабрике — изучение процессов рождения очарованных кварков и тау-лептонов, поиск новых физических эффектов, не описываемых Стандартной Моделью. Периметр ускорителя — около 800 метров, он будет расположен под землей на глубине более 10 метров. Стоимость реализации проекта Супер С-тау — около 40 млрдрублей.

«Физика с-кварков, доступная для изучения на этом коллайдере очень богата, — говорит член Совета Супер С-тау фабрики Люси Линссен (ЦЕРН). — Например, при сканировании по энергии можно наблюдать многие резонансные состояния, которые появляются при определенном значении энергии сталкивающихся частиц, и детально их изучить. Также можно изучить чармоний, состоящий из с-кварка и анти-с-кварка, и многие другие частицы (мезоны, барионы), содержащие очарованные кварки. Таким образом, Супер С-тау фабрика в Новосибирске обеспечит богатую физическую программу на многие годы».

При подготовке использована информация пресс-службы ИЯФ СО РАН

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector