какой материал самый легкий на земле
Какой материал самый легкий в мире?
Аэрогели представляют собой разнообразный класс твердых пористых материалов, демонстрирующих необычайную совокупность экстремальных свойств материала и чрезвычайно легкого веса.
Вы когда-нибудь мечтали о том, чтобы спать на пушистых белых облаках или нырять в бассейне с твердым воздухом, только чтобы плавать в его странной, мягкой, нежной текстуре. Однако они очень разные. Являясь самым легким материалом из существующих на сегодняшний день, аэрогели неубедительно крепки и невероятно невосприимчивы к широкому кругу суровых условий.
Как сделать аэрогель?
Представьте, что вы готовите миску сладкого желатинового десерта. Процесс приготовления аэрогеля на самом деле очень похож. Желатиновый порошок смешивают в горячей воде и затем охлаждают в холодильнике. Что вы получаете, это гель. На этом этапе аэрогель и ваше обычное съедобное желе ничем не отличаются. Если вы поместите этот волнистый гель в духовку сейчас и удалите всю его влагу, ваше желе, несомненно, превратится в порошок. Это потому, что когда влага откачивается в виде пара, структурные связи между желеобразным материалом вытягиваются внутрь, не оставляя ничего, кроме пыли.
Однако, если вам каким-то образом удалось вытащить все жидкое содержимое геля, не повредив твердую структуру и форму, то у вас останется чрезвычайно плотное пористое вещество низкой плотности. Именно так делаются аэрогели.
Чтобы создать аэрогель, возьмите герметичный контейнер с жидкостью (в основном кремнеземом) ниже его критической точки. Эта банка оснащена манометром сверху и оборудованием для повышения температуры. Определенное количество жидкости испаряется в контейнере до тех пор, пока давление пара жидкости и давление в сосуде не выровняются. Теперь, если вы нагреваете контейнер, давление в контейнере увеличивается, из-за увеличения давления пара с температурой. Поскольку критическая точка этой жидкости приближается, давление в резервуаре сжимает молекулы пара достаточно близко друг к другу, так что пар становится почти таким же плотным, как жидкость.
Одновременно температура в контейнере становится достаточно высокой, так что кинетическая энергия молекул в жидкости ослабляет силы притяжения, которые удерживают их вместе в виде жидкости. В конце концов, критическая точка достигнута, размытие мениска, разделяющего две фазы, приводит к одной сверхкритической фазе! На этом этапе поверхностное натяжение в жидкости медленно падает до нуля, заставляя капиллярное напряжение также падать.
Аэрогелификация
Сверхкритическая жидкость, присутствующая теперь во всем сосуде, имеет поры, заполненные гелем; жидкость в этом геле теперь может быть удалена без поверхностного натяжения, чтобы помешать процессу. Это делается путем частичного сброса давления в сосуде (не ниже критического давления). Температура контейнера также должна оставаться выше критической температуры на этом этапе.
Цель состоит в том, чтобы избавиться от достаточного количества жидкости из сосуда, в то время как жидкость все еще находится в сверхкритическом состоянии, что гарантирует, что когда давление в сосуде полностью сбрасывается ниже критической точки жидкости, в сосуде просто не останется вещества для повторной конденсации. После удаления достаточного количества жидкости в сосуде постепенно сбрасывают давление и охлаждают до условий окружающей среды. Когда это происходит, небольшое количество жидкости, оставшейся в сосуде, проходит через критическую точку; он возвращается в газообразное состояние. Оставшаяся жидкость в геле теперь полностью преобразована в газ без капиллярного напряжения, и остается аэрогель.
Типы Аэрогеля
Кремнезем не следует путать с кремнием, веществом, используемым в микросхемах и полупроводниках. Кремнезем является стеклообразным материалом, используемым для изоляции. Аэрогели на основе диоксида кремния являются наиболее часто обсуждаемыми аэрогелями; если вы слышите, как люди говорят об аэрогелях, есть большая вероятность, что они говорят об аэрогелях из диоксида кремния. Молекулы кремнезема, которые больше, чем длина волны белого света, рассеивают синий свет, обеспечивая тем самым прозрачный синий оттенок.
Совершенно не похоже на небесно-голубые аэрогели на основе диоксида кремния, аэрогели на основе углерода имеют серовато-черный оттенок с текстурой, напоминающей древесный уголь. Их непривлекательный внешний вид компенсируется высокими свойствами электропроводности. Миллионы воздушных зазоров и пор резко увеличивают площадь абсорбции этих аэрогелей, что делает их незаменимым кандидатом для топливных элементов, систем опреснения и суперконденсаторов.
Металлические аэрогели, как следует из названия, сделаны из оксидов металлов. На самом деле они являются неорганическими кузенами более распространенного аэрогеля с кремнеземом. Каждый тип аэрогеля имеет свои уникальные свойства. Эти аэрогели очень полезны в качестве катализаторов для многих различных химических превращений, взрывчатых матриц и предшественников для других материалов, таких как катализатор из углеродных нанотрубок. Эти аэрогели часто бывают довольно красочными, а некоторые даже имеют магнитную природу.
Применение аэрогеля
Благодаря своей низкой теплопроводности и чрезвычайно малому весу, они являются идеальными кандидатами для строительства строительных и бытовых приборов, средств хранения, автомобилей и космических аппаратов и солнечных устройств.
Благодаря высокой пористости и низкой плотности они используются в машинных датчиках, хранилищах топлива, ионообменниках, фильтрах выхлопных газов. Являясь мягкими полупрозрачными твердыми веществами с низким показателем преломления, они также используются в качестве световодов и находят применение в легкой оптике.
Будучи акустически непрозрачными для звуков, они используются при облицовке стен звукоизолированных помещений и в ультразвуковых датчиках расстояния. Будучи легкими и мягко эластичными, они находят хорошее применение в качестве поглотителей энергии в ловушках сверхскоростных частиц. Обладая высокой площадью поверхности и низкими диэлектрическими постоянными, аэрогели часто используются в диэлектриках для интегральных схем и конденсаторов из-за их высокой диэлектрической прочности.
Как вы видите, этот уникальный класс материала может сделать гораздо больше, чем просто удержать влагу в обувной коробке!
Самые лёгкие и прочные материалы на Земле
Новости науки и техники
Самые лёгкие и необычайно прочные материалы называют будущим строительства. Эти материалы помогут создавать более энергоэффективные и экологически чистые объекты во всех сферах жизни людей — от медицинских технологий до транспорта.
Среди множества инновационных материалов, которые не так давно казались просто фантастикой, особо передовыми и перспективными являются:
3D-графен
Созданный из чистого углерода этот ультратонкий графен считается одним из самых прочных материалов на Земле. Но недавно исследователи из Массачусетского технологического института смогли превратить двухмерный графен в трёхмерную структуру. Они создали новый материал с губчатой структурой. Плотность 3D-графена равна всего 5 процентам от плотности стали, но благодаря особой структуре он в 10 раз прочнее стали.
По словам создателей, 3D-графен имеет большой потенциал применения во многих областях.
Что касается его технологии создания, то её можно применить и для других материалов, от полимеров до конструкционного бетона. Это позволит не только производить структуры, которые прочнее и легче, но и имеющие повышенные изоляционные свойства. Кроме того, пористые структуры могут быть использованы в системах фильтрации воды или отходов химических заводов.
Карбин
Весной прошлого года группа австрийских исследователей успешно синтезировала карбин (Carbyne) — форму углерода, которая является самой прочной из всех известных материалов и даже превосходит графен.
Карбин состоит из одномерной цепочки атомов углерода, которая химически активна, что делает её очень сложной для синтеза. Считается, что негибкий материал в два раза прочнее углеродных нанотрубок. Карбин может применяться в наномеханике, нано- и микроэлектронике.
Аэрографит
Аэрографен
Подобными свойствами обладает губка Oleo Sponge, которая уже тестируется исследователями из Аргонны.
Металлическая микрорешётка
Потенциальные области её применения — автомобилестроение, авиационная техника и многое другое.
Limpet teeth (Зубы морского блюдечка)
Морское блюдечко — это общее название, данное водным улиткам с раковинами, имеющими широкую коническую форму.
Исследователи из Портсмутского университета обнаружили, что у морских блюдечек невероятно крепкие зубы, и они могут быть сверхпрочным материалом в мире. В основе Limpet teeth — минерально-белковый композит, состоящий из плотно упакованных минеральных волокон. Благодаря этому он даже прочнее паутины. Искусственный композиционный материал, созданный по подобию limpet teeth, может применяться для конструирования прочных самолётов, автомобилей, пуленепробиваемых жилетов, компьютерной электроники и даже зубных пломб. Потенциальные приложения для использования практически бесконечны: ведь размер материала не влияет на его прочность.
masterok
masterokМастерок.жж.рф
Хочу все знать
Если вы следите за новинками в мире современных технологий, то данный материал не будет для вас большой новостью. Тем не менее, рассмотреть более детально самый легкий материал в мире и узнать еще немного подробностей полезно.
Менее года назад звание самого легкого в мире материала получил материал под названием аэрографит. Но этому материалу не получилось долго удерживать пальму первенства, ее не так давно перехватил другой углеродный материал под названием графеновый аэрогель. Созданный исследовательской группой лаборатории Отдела науки о полимерах и технологиях университета Чжэцзяна (Zhejiang University), которую возглавляет профессор Гэо Чэо (Gao Chao), сверхлегкий графеновый аэрогель имеет плотность немного ниже плотности газообразного гелия и чуть выше плотности газообразного водорода.
Аэрогели, как класс материалов, были разработаны и получены в 1931 году инженером и ученым-химиком Сэмюэлем Стивенсом Кистлером (Samuel Stephens Kistler). С того момент ученые из различных организаций вели исследования и разработку подобных материалов, невзирая на их сомнительную ценность для практического использования. Аэрогель, состоящий из многослойных углеродных нанотрубок, получивший название «замороженный дым» и имевший плотность 4 мГ/см3, потерял звание самого легкого материала в 2011 году, которое перешло к материалу из металлической микрорешетки, имеющему плотность 0.9 мГ/см3. А еще год спустя звание самого легкого материала перешло к углеродному материалу под названием аэрографит, плотность которого составляет 0.18 мг/см3.
Новый обладатель звания самого легкого материала, графеновый аэрогель, созданный командой профессора Чэо, имеет плотность 0.16 мГ/см3. Для того, чтобы создать столь легкий материала ученые использовали один из самых удивительных и тонких материалов на сегодняшний день — графен. Используя свой опыт в создании микроскопических материалов, таких, как «одномерные» графеновые волокна и двухмерные графеновые ленты, команда решила добавить к двум измерениями графена еще одно измерение и создать объемный пористый графеновый материал.
Вместо метода изготовления по шаблону, в котором используется материал-растворитель и с помощью которого обычно получают различные аэрогели, китайские ученые использовали метод сублимационной сушки. Сублимационная сушка коолоидного раствора, состоящего из жидкого наполнителя и частиц графена, позволила создать углеродистую пористую губку, форма которой почти полностью повторяла заданную форму.
«Отсутствие потребности использования шаблонов размеры и форма создаваемого нами углеродного сверхлегкого материала зависит только от формы и размеров контейнера» — рассказывает профессор Чэо, — «Количество изготавливаемого аэрогеля зависит только от величины контейнера, который может иметь объем, измеряемый тысячами кубических сантиметров».
Получившийся графеновый аэрогель является чрезвычайно прочным и упругим материалом. Он может поглотить органические материалы, в том числе и нефть, по весу превышающие в 900 раз его собственный вес с высокой скоростью поглощения. Один грамм аэрогеля поглощает 68.8 грамма нефти всего за одну секунду, что делает его привлекательным материалом для использования в качестве поглотителя разлитой в океане нефти и нефтепродуктов.
Помимо работы в качестве поглотителя нефти графеновый аэрогель имеет потенциал для использования в системах аккумулирования энергии, в качестве катализатора для некоторых химических реакциях и в качестве наполнителя для сложных композитных материалов.
Разработан самый лёгкий материал в мире
. И это был самый лёгкий материал, известный ещё как «замороженный дым», на протяжении более 80 лет.
Недавно был создан другой материал, который получил название графеновый аэрогель.
Он создан группой учёных из университета Чжэцзяна (Zhejiang University). Его плотность ниже чем плотность газообразного гелия и немного выше плотности газообразного водорода. Его плотность составляет 0.16 мГ/см3. Для его создания был использован графен. Учёные применили метод сублимационной сушки. В результате была создана углеродистая пористая губка, полностью повторяющая заданную форму. Полученный графеновый аэрогель не только самый лёгкий материал, но и чрезвычайно прочный и упругий. Он способен поглощать органические материалы. Например, за одну секунду он поглощает 68.8 г нефти, что позволит использовать его для очистки океанов от нефтяных пятен.
«Вполне возможно, что в один прекрасный день, когда произойдёт разлив нефти, мы сможем использовать данный материал для быстрого её поглощения. В силу своей эластичности … аэрогель может быть переработан»
Кроме того, его можно будет использовать в системах аккумулирования энергии, а также в качестве катализатора для ряда химических реакций.
Для демонстрации того, насколько лёгок материал, учёные поместили его на лепесточки цветка вишни.
Самые легкие металлы в мире
Интересные факты о самых легких металлах
Думая о металлах, мы обычно представляем себе что-нибудь очень тяжелое. Но в реальности так бывает далеко не всегда. Некоторые металлы весят намного меньше пенопласта, не тонут в воде, но все равно имеют высокую прочность.
Литий – самый легкий в природе металл
Как и все другие легкие металлы, литий относится к группе щелочных металлов и обладает повышенной химической активностью. Этот материал в два раза легче воды, и плавает он даже в керосине. В естественных условиях литий обнаруживается в горных породах. А в 19 веке его научились синтезировать с помощью лабораторных методов.
Литий отличается пластичностью и мягкостью, внешне очень похож на лед. Температура его плавления – 181 градус.
Алюминий – идеальное сочетание прочности и легкости
Этот востребованный металл открыл датский ученый Эрстед в 1925 г. Первой вещью, которую изготовили из алюминия, стала детская погремушка. Алюминий очень удобен в обработке, поэтому впоследствии из него стали производить посуду, столовые приборы, фурнитуру, садовые инструменты, строительные конструкции и многие другие предметы, без которых невозможно вообразить наш современный быт.
Микролаттис – легчайший искусственный металл
Из природных металлов самым легким является литий. Но всего несколько лет назад группа калифорнийских ученых представила уникальную разработку – сверхлегкий материал с прочностными характеристиками металла. Более чем на 99% микролаттис состоит из воздуха и весит в 100 раз меньше, чем пенопласт. Трудно себе представить, но если поместить кусок такого материала на белую шапку одуванчика, нежный цветок даже не помнется. Толщина стенки микролаттиса не превышает 100 нанометров (в тысячу раз тоньше одной волосинки).
По своей структуре материал очень похож на кость человека. Он состоит из перекрещивающихся никелевых трубок и без проблем выдерживает высокие нагрузки. Поэтому микролаттисом сразу же заинтересовалась всемирно известная компания Боинг. Сверхпрочный искусственный металл планируется использовать в авиапромышленности будущего.