Самый легкий материал, созданный человеком
До недавнего времени почетное звание «Самый легкий материал» уверенно держало вещество с названием «аэрографит». Но это было недолго. Инициативу перехватил недавно созданный углеродный материал, который в научных кругах получил название «графеновый аэрогель». Его создатели — группа научных лабораторий «Отдела науки о технологиях и полимерах» из Университета Чжэцзяна (глава группы — профессор Гэо Чэо). Невероятно легкий графеновый аэрогель обладает такой плотностью, которая одновременно ниже плотности гелия в его газообразном состоянии и выше плотности водорода в его газообразном состоянии.
Будущее за аэрогелем
Стоит отметить, что аэрогели, как индивидуальный класс самых легких материалов, были сделаны еще в 1931 году ученым и инженером Кистлером Сэмюэлем Стивенсом. Это дало начало тому, что разные ученые и организации со всего мира начали вести разработку и исследования такого рода материалов, хотя их ценность в повседневной жизни была весьма сомнительной.
Аэрогель не обладает ни одним свойством, которое можно принять на веру без доказательств. Понимать, что такой материал действительно существует, человек начинает лишь тогда, когда сам подержит кусок аэрогеля в руке или посмотрит видео, где ученые демонстрируют свойства данного материала. Аэрогель — это твердый материал, 99,8% которого занимает воздух (!), при этом данный материал выдерживает вес, который превышает его собственный в 4000 раз. Просто умопомрачительная прочность!
Все аэрогели обладают огнеупорными свойствами. Также, они воздухопроницаемы, могут легко впитать масло или воду. В зависимости от материала исполнения, аэрогели можно использовать как электрические проводники или, наоборот, как диэлектрики (прекрасный изоляционный материал). Но, хотя такой материал изобрели уже очень давно, сфера его использования сегодня, к сожалению, весьма и весьма ограничена из-за цены при получении этого материала. Себестоимость материалов для изготовления приблизительно равна 1000 долларам за 1см3. Кроме этого необходимо много времени для изготовления вышеупомянутого объема материала.
Как бы там ни было, сегодня аэрогель по цене значительно превосходит золото. Но это еще не все. Второй недостаток этого чудо-материала — очень маленькая степень пластичности (все аэрогели достаточно хрупкие). Такой материал способен выдержать исключительно давление, выдержать удар он пока не может.
Виды аэрогелей
1) Аэрогель, который состоит из углеродных многослойных нанотрубок, носит гордое название «замороженный дым». Его плотность равна 4,1 мг/см3. Свое звание «самый легкий материал» он потерял в 2011 году.
2) Аэрогель, имеющий в своей основе металлическую микрорешетку, обладает плотностью всего 0,91 мг/см3. Казалось бы: куда уж меньше? Но в 2012 году его сменил новый материал.
3) Аэрогель на основе углеродного материала (аэрографит) имеет совсем маленькую плотность — всего 0,19 мг/см3.
4) Новый чемпион в мире самых легких материалов — графеновый аэрогель, который создала команда ученого Чэо в конце 2013-го начале 2014-го года. Его плотность просто потрясает воображение — 0,162 мг/см3!
Графеновый аэрогель
Для изготовления такого легкого материала ученый и его команда использовали удивительно тонкий и прочный материал — графен. У команды уже был подобный опыт по разработке такого типа материалов. Их достижения — это графеновые ленты (имеют двухмерную структуру) и графеновые волокна (имеют одномерную структуру). Теперь же команда захотела добавить к своим невероятным материалам третье измерение. Так и получился пористый, объемный и невероятно легкий графеновый материал.
Ученые воспользовались методом сублимационной сушки, а не «шаблонным» изготовлением, при котором для получения аэрогелей используют материал-растворитель. Сублимационная сушка для данного коолоидного раствора, который состоит из наполнителя (жидкого) и частиц графена, сделала свое дело. На выходе ученые получили пористую углеродистую губку. Ее форма получилась практически такой же, как ее изначально задавали ученые.
Такой графеновый аэрогель — это очень упругий и прочный материал. Он способен поглощать практически любые органические материалы (также и нефть), которые по весу в 900 раз превышают его собственный. При этом достигается невероятная скорость поглощения. Так, всего 1 грамм такого аэрогеля способен поглотить 69,9 грамма нефти за 1 секунду. Ученые очень хотят, чтобы его использовали, как поглотитель для пролитых на поверхности океана нефтепродуктов.
Также графеновый аэрогель можно прекрасно использовать в новейших системах по аккумулировании энергии. Здесь он может использоваться как катализатор для определенных химических реакциях и как наполнитель для некоторых композитных материалов.
