» » Материал, на 99% состоящий из воздуха
июл 27 2018

Материал, на 99% состоящий из воздуха

авка автора shim   81   0   20:04

   Новости науки и техники   

Аэрогель — это легкий высокопористый материал, обладающий рядом исключительных и даже уникальных физических свойств, которые привлекают внимание исследователей, работающих в различных областях науки и техники. Структуру аэрогеля образуют сферические кластеры из кварца диаметром примерно 0,004 мкм, формирующие трехмерную сетку, поры которой заполнены воздухом. Размеры пор в десять и более раз превышают размеры кластеров, что и позволяет получать очень легкий материал. Первые образцы аэрогеля появились относительно давно. Однако его производство, требующее высоких температур и давлений, оказалось непростой задачей.

Вот немного подробностей …

Первенство в изобретении признано за химиком Стивеном Кистлером (Steven Kistler) из Тихоокеанского колледжа (College of the Pacific) в Стоктоне, Калифорния, США, опубликовавшим в 1931 году в журналеNature 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.
В достаточно крупном масштабе оно было реализовано только в конце прошлого века, что в первую очередь было связано с потребностью в черенковских радиаторах с показателями преломления, заполняющими нишу между показателями преломления газов и конденсированных сред.

Как известно, черенковское излучение возбуждается в веществе заряженной частицей, если ее скорость превышает в нем скорость света, которая обратно пропорциональна показателю преломления вещества. Последний зависит от плотности вещества, которую в аэрогеле можно варьировать в широких пределах путем изменения его пористости.

В России есть только два места, где изготовляется аэрогель. Это Институт катализа в Новосибирске и Лаборатория ядерных проблем ОИЯИ (А.И.Филиппов, С.В.Филин и др.). Образцы аэрогеля, полученного в ЛЯП, имеют показатель преломления от 1,1 до 1,02, что позволяет достигать пороговые значения скоростей частиц от 0,91 до 0,98 относительно скорости света в вакууме. Как показали исследования этих образцов на спектрофотометре и их испытания на космических частицах и ускорителе ИТЭФ, по своим характеристикам они находятся на уровне лучших зарубежных образцов. Аэрогель с показателем преломления 1,1 успешно использовался в ЛФЧ ОИЯИ для диагностики сгруппированного пучка электронов. Достоинством аэрогеля при этом были его высокая стойкость к радиации и тепловой нагрузке.
Черенковское излучение выходит из радиатора в виде колец, по радиусу которых можно измерять скорость частиц. Определенной помехой для этого является значительное рэлеевское рассеяние света в аэрогеле из-за его высокой пористости. Однако, несмотря на это, наблюдение таких колец от аэрогеля оказалось возможным, что впервые было продемонстрировано В.П.Зреловым и Я.Ружичкой совместно с А.И.Воробьевым (ИЯИ, Новосибирск).
Пористая структура аэрогеля приводит к образованию в нем излучения, которое испускается при переходе частицы из одной среды в другую с отличающимся показателем преломления. Теоретическое и экспериментальное изучение переходного излучения и других явлений, возникающих в аэрогеле, легло, в частности, в основу достаточно большой части докторской диссертации Я.Ружички.

Кроме черенковских радиаторов, многообразны примеры использования аэрогелей и для других научных, а также прикладных целей. Вот некоторые из них.

Физика низких температур. Аэрогель оказался очень эффективным инструментом при исследовании свойств сверхтекучего гелия. Введение в поры аэрогеля сверхтекучего гелия привело к существенному изменению его свойств. Особый интерес к «загрязненной» таким образом сверхтекучей жидкости возник в связи с тем, что неизвестно о существовании каких либо веществ, которые бы в ней растворялись. Твердые частички аэрогеля, случайно разбросанные по всему объему жидкости, будучи чрезвычайно малыми, выполняют в ней роль псевдопримесей, концентрацию которых нетрудно изменять в широких пределах, используя аэрогель с различной пористостью, вплоть до 99,5 процента. Это вызвало большой интерес к аэрогелю и появлению фактически нового направления в исследованиях сверхтекучести. Немаловажным обстоятельством при этом является то, что имеется много общего в характере влияния примесей на свойства текучего гелия-3 и сверхпроводящих материалов.
Лазерные эксперименты. При облучении мишени, состоящей из плотной и легкой среды (аэрогеля), мощным импульсным лазером возникает сильный терморадиационный удар, который приводит к смешиванию этих сред и другим явлениям в месте их соприкосновения. Изучение такого эффекта важно, в том числе, и для объяснения явлений, возникающих при взрыве сверхновых звезд.
Акустика. Среди твердых материалов высокопористый аэрогель обладает минимальным акустическим импедансом, который может задаваться путем изменения плотности аэрогеля. При использовании аэрогеля в качестве согласующего интерфейса между твердотельным генератором звука и воздухом, импедансы которых сильно различаются, выход звука возрастал в сотни раз.
Микроэлектроника. Аэрогели обладают самыми низкими диэлектрическими константами, и использование их, например, в качестве изоляционных слоев в многослойных печатных платах позволяет значительно повысить быстродействие электроники.
Захватывающая среда. Аэрогель используется для регистрации космической пыли и мелких высокоскоростных частиц разного рода происхождения. При соударении с плотным твердым веществом такие частицы расплавляются или даже испаряются, Аэрогель обеспечивает достаточно плавное снижение скорости частиц, а также, будучи прозрачным материалом, дает возможность наблюдать их треки.
Ведутся работы (в США) по обнаружению с помощью аэрогеля вредоносных микроорганизмов в воздухе. Введенные в поры аэрогеля бактерии определенного сорта теряют там свою подвижность. При взаимодействии с ними микроорганизмов, содержащихся в потоке воздуха, образуется сцинтиллирующее вещество, свет из которого регистрируется фотодетектором.
Благодаря большой суммарной площади пор аэрогеля возможно изготовлять на его основе высокоэффективные фильтры различного назначения. Теплоизоляция. Аэрогель привлекателен тем, что обладает очень низкой теплопроводностью и сильно поглощает инфракрасное излучение.
Ю. Акимов,
главный научный сотрудник ЛЯП
Дорогие читатели, если вы увидели ошибку или опечатку, помогите нам ее исправить! Для этого мы запустили на сайте удобную клавишу для исправления ляпов. Выделите ошибку и нажмите одновременно клавиши «Ctrl» и «Enter». Мы узнаем о неточности и как можно скорее исправим.

нравится0
не нравится0
00



ИНТЕРЕСНАЯ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ!

Рекомендуем к просмотру
Пока что комментариев к данной новости нет, но Вы можете быть первым.

Добавить комментарий
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent

    PIN: ----


    Новостей на страницу:

    Случайная интересность

    10 сделавших инновационные открытия женщин-учёных, которые были вычеркнуты из истории

    Мужчины изобрели много, например биржи ценных бумаг, уже даже есть электронные биржы, например, liteforex.ru/. Все они созданы лишь для того, чтобы из воздуха делать деньги. А что женщины изобрели? Кроме Марии Кюри, сколько ещё известных женщин-учёных Вы можете назвать? Что они открыли? Большинство ответит, что нем...
    5 лет назад 1281  


    Случайное видео

    Почему не стоит учавствовать в энсьерро

    Энсьерро — испанский национальный обычай, состоящий в убегании от специально выпущенных из загона быков, коров или телят. Прогон быков или коров и убегание от них вообще до сих пор является распространённым развлечением в сельской местности Испании.
    2 месяца и 3 недели назад 73  


    Кино и шоу-бизнес

    Топ-10 фильмов на 50 оттенков эротичнее «Пятидесяти оттенков серого»

     Чем отличается эротика от порнографии? Все просто: в эротике есть тайна. В истории кино было достаточно фильмов, способных настроить на эротический лад гораздо лучше, чем ужасно популярные «Пятьдесят оттенков серого». Недосказанность, скрытность, простор для полета фантазии — все это есть в этих картинах. Как многие х...
    1 год и 8 месяцев назад 978  



    НОВОЕ НА САЙТЕ

    Самый длинный морской мост в мире

    Самый длинный морской мост в мире
    Китайский лидер Си Цзиньпин объявил об открытии самого длинного в мире морского моста. Новый мост связал Гонконг, Чжухай и Макао. Длина сооружения составляет 55 км, строительство моста заняло восемь лет, его стоимость оценивается в 110 млрд юаней (14,16 млрд евро). При ...
    12 часов и 51 минуту назад 38  

    Невероятный храм Аполлона в Дидиме

    Невероятный храм Аполлона в Дидиме
    Дидима - это античный город на территории современной Турции, основанный задолго до нашей эры. В этом городе сохранился храм-святилище Аполлона, который поражает воображение своими размерами, удивительной архитектурой, тщательно обработанными блоками и загадочной колонн...
    13 часов и 1 минуту назад 14  

    В Таиланде питон заполз в дом и полакомился рыжим котиком

    В Таиланде питон заполз в дом и полакомился рыжим котиком
    Когда мы грезим о теплых странах, не следует забывать, что там обитают, питоны, аллигаторы и прочие акулы, доставляющие немало проблем местным жителям.
    13 часов и 12 минут назад 10  

    Стрелочник Джек: павиан, который работал на железной дороге – и никогда не ошибался

    Стрелочник Джек: павиан, который работал на железной дороге – и никогда не ошибался
    Однажды в 1880-х годах железнодорожный стрелочник Джеймс Эдвин Уайд прогуливался по оживлённому южноафриканскому рынку и стал свидетелем сюрреалистического зрелища: медвежий павиан управлял повозкой, запряжённой волами. Впечатлённый навыками примата, Уайд купил его, наз...
    13 часов и 16 минут назад 15  

    Пошаговая инструкция, как быстро почистить селёдку и получить филе без костей

    Пошаговая инструкция, как быстро почистить селёдку и получить филе без костей
    Селедка – вкуснейшая рыба, у которой есть один минус. Заключается он в том, что ее приходится чистить своими руками (если, конечно, вы не приобрели в магазине филе). Процесс этот может показать трудным и достаточно утомительным для тех, у кого нет кулинарных навыков. По...
    18 часов и 25 минут назад 24  

    Календарь
    «    Октябрь 2018    »
    ПнВтСрЧтПтСбВс
    1234567
    891011121314
    15161718192021
    22232425262728
    293031