Интересные факты
Любой материал обладает весом, который напрямую зависит от его плотности и других свойств. Чем больше молекул приходится на единицу объема, тем сильнее давление на опору. Соответственно, данный параметр выше. И наряду с тяжелыми материалами, существуют легкие, которые практически ничего не весят. Как они называются, и какая у них масса?
Аэрогель
Долгое время самым легким материалом в природе считался аэрогель. В 1931-ом году химик Стивен Кистлер опубликовал результаты эксперимента. Во время него ученый брал кусок геля, постепенно нагревал его, выпаривая жидкость и заменяя ее на метанол. При достижении температуры в 240 градусов Цельсия последний также выходил из геля, но позволял сохранить форму и объем.
Самое легкое вещество в мире
В результате эксперимента получился полупрозрачный твердый материал, но очень легкий. Также он обладал высокой прочностью и практически не поглощал тепло.
Интересный факт: аэрогель весом в 3 грамма способен выдерживать кирпич массой в 2,5 кг, не подвергаясь деформации.
Самым легким аэрогелем считается кварцевый. Его вес равен примерно 1 грамм на литр объема. Благодаря своим свойствам он используется для теплоизоляции, в качестве фильтров, а также для создания некоторого оборудования космических кораблей.
Какой материал самый легкий?
За последние десять лет звание самых легких материалов у аэрогеля перехватили аэрографит и аэрографен. На данный момент они обладают наименьшей массой, которая находится в диапазоне от 0,16 до 0,2 грамм на литр объема.
Для получения веществ на специальную подставку напыляют углерод. После наращивания подложку отделяют. Аэрографит и аэрографен представляют собой решетки углеродных трубок, которые находятся в соединении с одноатомными углеродными листами. Благодаря низкой плотности они практически ничего не весят.
Интересно: Какие материалы будущего уже создали ученые? Описание, фото и видео
В отличие от аэрогеля, углеродные вещества обладают эластичностью и могут принимать любую форму. Пока они не нашли широкого применения, но ученые постепенно пробуют их в создании электрохимических конденсаторов. Например, аэрографит обладает хорошей электроемкостью, из-за чего может использоваться при зарядке и разрядке электролитов.
Самыми легкими веществами считаются аэрогель и аэрографит. Их масса равна примерно 0,18 грамм на литр объема. Они представляют собой углеродные нанотрубки, выращенные на специальных подставках.
Аэрогель — самый легкий твердый материал [Veritasium]
Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Источник: kipmu.ru
Самый легкий материал в мире
Интересно
При упоминании легких материалов сразу вспоминаются разные ткани и прочие изделия, которые кажутся буквально невесомыми. Но это лишь ложное ощущение, так как у каждого вещества есть определенная масса. В таком случае интересно узнать, какой материал самый легкий?
Что такое масса и плотность?
Первым делом разберемся с понятием массы. Это величина скалярная. Другими словами, у нее нет направления. Масса является одной из характеристик тела. А именно – указывает на меру инертности.
Важно понимать, что почти у всех элементарных частиц, а также макроскопических объектов есть масса. Она напрямую зависит от того, сколько вещества содержится в объекте. Масса измеряется в килограммах и определяется только внутренними свойствами тела. Связана с такими показателями как плотность и объем. Чем они выше, тем соответственно больше масса объекта.
Интересный факт: масса и вес – не одно и то же. Тело может иметь определенную массу, но не иметь веса. Примером служит космонавт в космосе, где отсутствует гравитация.
Исходя из вышесказанного, плотность показывает отношение массы тела к тому, какой объем оно занимает. Единица измерения – кг/м 3 .
Аэрогели
Одним из самых легких материалов считается аэрогель. Сам по себе гель представляет структурированную систему, в которой имеются как низкомолекулярные, так и высокомолекулярные вещества. А содержится все это в трехмерном полимерном каркасе. Таким образом, гель приобретает свойства твердого тела.
Аэрогель в свою очередь – это гель, в котором заменили жидкую фазу газообразной. Для него характерна очень низкая плотность. А именно – 1-150 кг/м 3 . Диапазон большой, так как речь идет о целом классе материалов. Помимо всего прочего, аэрогели обладают рядом удивительных свойств:
- стойкость к высокой температуре;
- низкая теплопроводность;
- прозрачность;
- твердость и др.
Структура аэрогеля простая и сложная одновременно. Если говорить более простым языком, то он образуется из большого количества наночастиц и полостей (или пор). Получается своеобразная сетка. Размер наночастицы – от 2 до 5 нм. А полости – не более 100 нм.
Чаще всего поры занимают до 99% объема материала.
Виды
На сегодняшний день разработано множество разных видов аэрогелей. К слову, право изобретения этого материала принадлежит американскому химику Стивену Кистлеру. В 1931 г. он представил результаты своих экспериментов с гелями.
Самыми распространенными считаются кварцевые аэрогели. Их плотность – 1 кг/м 3 . Для сравнения: плотность воздуха в 1,2 раза больше, а воды – в целых 1000 раз. Среди самых легких материалов следует выделить и металлическую микрорешетку. Это форма пенометалла плотностью до 0,9 кг/м 3 .
В 2012 г. команда специалистов из Гамбургского технологического университета и Кильского университета им. Х. Альбрехта изобрела аэрографит. Это пена синтетического происхождения, которая состоит из углеродных трубчатых волокон. При плотности 0,18 кг/м 3 аэрографит долгое время считался самым легким материалом в мире.
Интересный факт: с 1999 по 2011 г. НАСА использовало в космосе аппарат «Стардаст». В его состав входила специальная капсула, которая в 2006 г. вернулась на Землю с образцами из хвоста кометы. 132 ячейки этой капсулы были заполнены как раз аэрогелем. За счет низкой плотности он захватывал частицы даже на высокой скорости.
Самый легкий материал в мире – графен-аэрогель
В 2013 г. китайские ученые из Чжэцзянского университета изобрели графен-аэрогель или аэрографен. Он стал новым самым легким материалом в мире: 1 м 3 этого вещества весит всего 0,16 кг. С этого момента побить рекорд плотности никому не удавалось. Удивительно, но аэрографен легче воздуха в 7,5 раз.
Материал обладает высокой плотностью. Его получают на основе графена (модификация углерода) путем сублимационной сушки. В ходе этого процесса вещество не переходит в жидкое состояние, а сразу испаряется. Поры в аэрографене заполнены воздухом. Стоит отметить, что официальная масса материала указана без учета воздуха.
Позже производить графен-аэрогель научились даже методом 3D-печати.
Самый легкий материал в мире — Короткий ответ mirvu.ru
Графен-аэрогель или аэрографен, изобретенный в 2013 году китайскими исследователями, является самым легким материалом в мире. Представляет собой пористое вещество на основе графена. Вес 1 м 3 аэрографена составляет всего 160 г.
Источник: mirvu.ru
Какой материал самый легкий в мире?
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.
«Аэрогель» не может рассматриваться как особый материал или минерал, такой как хлопок или графен, и имеет особую химическую формулу. Вместо этого они представляют собой разнообразный класс твердых пористых материалов, демонстрирующих странную совокупность экстремальных свойств материала, состоящую из группы материалов с определенной геометрической структурой — чрезвычайно пористой твердой пены с высокой связью между разветвленными структурами по всему материалу. Эти связи, хотя и охватывают несколько нанометров, невероятно прочны и долговечны. К вашему удивлению, эти «мистически» материалы существуют на протяжении всей истории гораздо дольше, чем вы можете себе представить. Американский профессор химии Стивен Кистлер, в 1931 году, опубликовал первые выводы об этом материале после его успешного изобретения, включающего много проб и ошибок.
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.
Сверхкритическая сушка — сложная техника, с помощью которой жидкость может вытягиваться капиллярно. Все чистые вещества (которые не разлагаются) имеют критическую точку. Это определенное давление и температура, при которых исчезает различие между их жидким состоянием и газовой фазой. Эта фаза материи называется сверхкритической жидкостью.
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
Три основных типа аэрогелей — оксид кремния, оксид углерода и металла. Эти твердые вещества нашли широкое применение в современных элементах оборудования благодаря своим уникальным структурным и химическим свойствам.
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!
Источник: new-science.ru