аэрогель (англ. aerogel) — класс аморфных высокопористых материалов, имеющих объемную макроструктуру с характерным размером наноструктурных элементов 4–10 нм и представляющих собой гель, в котором жидкая фаза полностью замещена газообразной.

Описание

Известны аэрогели на основе аморфных оксидов: диоксида кремния SiO2, оксида алюминия Al2O3, оксидов Cr, Sn, W, Fe, Li, Na, Ca, Mg, Ba, Sb, Te, Ni, Ge, Zn,Mn и других элементов. Получены также аэрогели на основе углеродных нанотрубок.

Аэрогель на основе SiO2 представляет собой разветвленный трехмерный кластер, напоминающий древовидную сеть из наночастиц размером около 4 нм. Пространство между кластерами заполнено воздухом. Так как характерный размер таких пустот (∼100 нм) в десятки раз превышает размер кластеров, то материал получается очень легким. Аэрогели на основе SiO2 обычно получают взаимодействием тетраэтилортосиликата Si(OCH2CH3)4 с водой, которую удаляют из полученного геля этанолом. Далее гель нагревают в автоклаве до сверхкритических температур и давлений и удаляют превратившийся в пар этанол.

Аэрогели на основе Al2O3, представляющие собой спектрально чистый гидратированный аморфный оксигидроксид алюминия AlOOH (Al2O3·H2O), получают селективным окислением галлий-алюминиевых или свинцово-алюминиевых расплавов. Этим же способом получают аморфные высокодисперсные оксиды других металлов.

Углеродные аэрогели состоят из наночастиц, ковалентно связанных друг с другом. Они электропроводны и, благодаря большой площади внутренней поверхности (до 800 м· г-1), применяются в производстве суперконденсаторов.

Уникальными свойствами аэрогелей являются низкая плотность (от 0,002 до 0,25 г · см-3), высокоразвитая удельная поверхность, малая подверженность старению и высокие сорбционные свойства (эффективно поглощают NO, NO2, СО, СO2, непредельные углеводороды). Аэрогели разного состава используются как тепло- и электроизоляционные материалы, нанодисперсные добавки в гибридных органо-неорганических композиционных материалах, носители катализаторов и сорбентов, наноразмерные фильтры.

Автор

  • Гусев Александр Иванович

Источники

  1. Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. — М.: Физматлит, 2007. — 416 с.
  2. Gusev A. I., Rempel A. A. Nanocrystalline Materials. — Cambridge: Cambridge International Science Publishing, 2004. — 351 p.

Напишите нам