РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Как создать аэрогель: новосибирские эксперименты

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.
Тэги:
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

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.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

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.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Ученые ИЯФ обратились к своим коллегам из Института катализа СО АН СССР, где с подачи доктора химических наук Юрия 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.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

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.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Создатели аэрогеля
Лаборант ИЯФ СО РАН Александр Тарков (слева) и старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН, кандидат физико-математических наук Евгений Кравченко (справа) Наталья Купина
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

— 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.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

— 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

Загрузка статьи...