Що таке аерогель, його характеристики
Спочатку з'ясуємо, що таке аерогель. Це найлегша речовина у твердому стані, яка до сьогодні була відома людству. Двокорене слово складається з латинських визначень: «aer», що перекладається, як «повітря» і «gelatus», що означає «твердий». Отже, аерогель – це найлегша у світі прозора та тверда речовина, якій супроводжують такі якості, як жаростійкість та вкрай низька теплопровідність, що робить його надзвичайно цінним матеріалом у багатьох галузях промисловості.
Походження та властивості
У 1931 році в журналі Nature (Каліфорнія, США) була опублікована стаття Стівена Кістлера, який розповів про свій винахід, а також метод його отримання. Зараз, пройшовши низку удосконалень, дана субстанція є схожою на пінопласт речовиною, тільки набагато міцнішою (витримує навантаження, що в 2000 разів перевищують власну масу). Якщо говорити про щільність, то вона становить 1 кг/м2, що в 1,2 рази менше за щільність нашого повітря, правда, без урахування його маси. Так що ж таке аерогель і для чого він потрібен?
Насамперед, особливо кварцові аерогелі, це чудові утеплювачі, які можна використовувати в будівництві, авіації, космонавтиці, машинобудуванні і, звичайно ж, у легкій промисловості для пошиття одягу. Крім цього, аерогелі гігроскопічні, отже, їх можна використовувати для будь-яких матеріалів, що бояться вогкості - вони просто відтягуватимуть вологу на себе. Для технічного прогресу, що стрімко розвивається, на сьогоднішній день найбільшу цінність представляють саме кварцові аерогелі, хоча це ще далеко не «завершення кар'єри» для такого матеріалу.
Слід зазначити, що щільність 1 кг/м2, це вже не межа можливостей, так як у металевих ґрат такий показник ще кращий. Так, щільність графенового аерогелю становить 0,16 кг/м3 (трохи більше в аерографіті – 0,18 кг/м3). До речі, із вуглецевих (графітних) гелів вже зараз навчилися виготовляти конденсатори, які найкраще акумулюють сонячну енергію. У діапазоні від 250 до 14300 нанометрів така речовина відбиває всього 0,3% світла, і ємність такого конденсатора становить 77 ф/м3 або 104 ф/грам речовини.
Продукція з аерогелю для широкого споживача
Можна годинами говорити про те, що кварцові надлегкі аерогелі надзвичайно ефективні, що їх потребують ті чи інші галузі, але все це так і залишиться лише словами. Для багатьох людей будь-яка пропозиція стане чимось реальною лише в тому випадку, якщо вони її зможуть десь побачити, а ще краще, обмацати своїми руками, потерти долонькою або навіть понюхати – така вже наша природа. Тому краще трохи поговорити про те, що вже зараз може купити будь-який громадянин (або не громадянин) Росії в магазині.
Корисне відео
На основі склополотна
Будь-який будівельник може підтвердити, що нерухоме повітря завжди було найкращою теплоізоляцією для стін та фундаментів будівель. Звідси і пустотіла цегла, порожнисті перекриття, кладка колодязя або подвійні стіни в бетонних багатоповерхових будинках. Але час часом робить приємні сюрпризи – так сталося цього разу.
Аерогель на основі скловолокна зараз має нижчу теплопровідність, ніж повітря і зберігає свою ефективність при температурі від -200°C до 650°C, тобто в природних умовах така ізоляція просто не має рівних. Матеріал відноситься до класу НГ (не горючий) та має високу стійкість до відкритого полум'я. Такі полотна, де використовується кварцовий порошкоподібний аерогель, мають товщину трохи більше 2-6 мм.
Де його застосовують:
- ізоляція побутових та промислових холодильників, морозильних камер;
- захист теплотрас з надземним та підземним монтажем;
- у промисловості використовують для захисту холодного та гарячого водопостачання (ХВС/ГВП);
- ізоляція трубопроводів будь-якого типу;
- для електричних бойлерів та інших ємностей;
- захист від утворення конденсату на будівельних, технічних та науково-дослідних об'єктах;
- кріогенна техніка та обладнання;
- ізоляція вентиляційних каналів, шахт та кесонів;
- утеплення спеціалізованого/звичайного одягу та взуття;
- для захисту стін, фундаментів, покрівель, лоджій, балконів, лазень та саун.
Рекомендація: для парних бань і саун найбільше підходить фольгований аерогель, так як він одночасно служить тепло-і гідроізоляцією. Крім того, алюмінієва фольга здатна відбивати інфрачервоне (теплове) випромінювання, що значно полегшує влаштування подібних місць гігієни та відпочинку.
Aerotherm для одягу та взуття
Американська компанія Aspen Aerogels на сьогоднішній день пропонує для легкої промисловості свою продукцію Aerotherm завтовшки від 2 до 3 мм. При цьому виробники можуть постачати свій товар, завчасно розкроївши його за лекалами замовника або у вигляді полотна або універсальної підкладки/підкладки, з якого покупець сам робить елементи для одягу та взуття.
В даному випадку використовується кремнієвий аерогель, який більш ніж на 90% складається з повітря. Для порівняння: пінополістирол або Пінопласт ПСБ-С складається з газу лише на 60%, і більшість людей вважають його одним із найкращих утеплювачів у всіх сферах. Матеріал є надзвичайно міцним, гнучким та ефективним для екстремальних ситуацій. Саме з цієї причини з нього шиють найкращі захисні костюми та взуття не лише для полярників, а й для пожежників. Дуже великим попитом Aerotherm має всі, хто займається зимовими видами спорту і, звичайно ж, у військовій промисловості.
З якого б матеріалу не шилося взуття, його теплота в основному завжди залежатиме від низької теплопровідності підошви, адже холодні потоки проникають саме знизу, при зіткненні ступні із землею. Примітно, що товщина такої устілки всього 2 мм, а це означає, що її можна вставити в будь-яке зимове взуття і це буде набагато ефективніше за кілька пар вовняних шкарпеток! Примітно, що така прокладка захистить стопу не тільки від холоду, а й від жару, якщо випадково наступити на розпечений предмет.
Тепла куртка-парку Xiaomi
Аерогелева куртка Xiaomi DMN, яку ви бачите на верхній фотографії, отримала 66 (!) патентів на оригінальні рішення, які застосовувалися у створенні цього зимового одягу. Але покупця насамперед цікавлять її експлуатаційні якості.
Якщо порівнювати Xiaomi з іншим одягом, то по теплозахисту з ним може зрівнятися пуховик товщиною 40 мм, а ця куртка має лише 3 мм (!) товщини – ви тільки вдумайтеся, який прорив принесли аерогелі! Адже зазначені вище 3 мм, це не товщина теплоізоляції - це сумарна товщина трьох шарів: зверху водонепроникний захист від атмосферних опадів, посередині аерогелевий утеплювач і знизу тканина, що містить іони срібла. Для мешканців Крайньої Півночі, та й будь-яких холодних регіонів такий одяг просто панацея від найлютіших морозів!
Корисне відео
На сьогоднішній день у такої куртки-парки лише одна проблема – найбільший розмір, 51-й за російськими стандартами. Тобто за середніми розмірами вона підійде для зростання 170-175 см, а для великих - під зріст 175-180 см.
Висновок
Виходячи з того, які можливості для різних матеріалів вже сьогодні відкриває кварцовий аерогель, можна сказати, що має величезний потенціал і велике майбутнє. Ви тільки уявіть, що костюми, в яких можна виходити у відкритий космос, стануть доступними у повсякденному житті, затишні та теплі будинки, добротність яких вимірюється не завтовшки стін, а ефективністю тонкої ізоляції. І таких перспектив відкриється ще більше!
