Инженеры разработали дешёвый прозрачный аэрогель с уникальными теплоизолирующими свойствами. Спектр его возможных применений многообразен: от банального утепления окон до строительства жилья на других планетах и создания экстравагантной одежды. Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Nano Energy группой во главе с Иваном Смалюхом (Ivan Smalyukh) из Колорадского университета в Боулдере.
Напомним, что аэрогель – это материал, состоящий из твёрдого каркаса со множеством пустот, заполненных пузырьками воздуха или другого газа. На последний приходится более 90% объёма вещества. Благодаря такому строению аэрогели, во-первых, очень лёгкие, а во-вторых, представляют собой прекрасные теплоизоляторы.
Недостатком традиционных аэрогелей является их непрозрачность. Они проницаемы для света, но через них, как сквозь матовое стекло, невозможно ничего разглядеть. Сложная, хаотичная структура таких веществ рассеивает свет в случайных направлениях, из-за чего аэрогели иногда называют замороженным дымом.
Смалюх и его коллеги исправили этот недостаток, создав особую технологию контроля за образованием каркаса. Он получает вид регулярной решётки, и за счёт этого материал становится прозрачным.
Основой каркаса служат молекулы обыкновенной целлюлозы. Её можно получать, например, из опилок, макулатуры или других отходов растительного происхождения. Авторы выбрали в качестве сырья отработанное пивное сусло. Таким образом можно утилизировать отходы пивоварения, при этом получая ценный материал практически бесплатно.
В ходе переработки специальные бактерии превращают сусло в нанонити чистой целлюлозы. На этот процесс уходит около двух недель. Остальные этапы производства реализуются быстрее. В конечном счёте получается тонкая, гибкая, прозрачная и прочная плёнка, которая в сто раз легче стекла.
Материал настолько хорошо задерживает тепло, что руку в такой перчатке можно погрузить в огонь. Правда, целлюлоза сама по себе горючий материал, так что не так просто будет сделать из нового аэрогеля одежду для пожарных.
Более прозаичным применением может стать утепление окон. Как указано в пресс-релизе со ссылкой на Министерство энергетики США, четверть всей энергии, затрачиваемой в этой стране на отопление и охлаждение зданий, идёт на компенсацию оттока тепла через оконные стёкла. Понятно, что изменение этой ситуации позволило бы сэкономить массу средств. При этом окно даже не нужно будет менять, достаточно нанести плёнку аэрогеля прямо на стекло.
Есть и более экстравагантные возможные применения. Гель не токсичен, что позволяет делать из него прозрачную, но очень тёплую одежду. Исследователи шутят, что в костюме из такого материала можно загорать в Антарктиде. Возможно, благодаря этому материалу красивые женские ноги перестанут скрываться от мужских глаз под натиском холодов, что, безусловно, порадует сильную половину человечества.
Авторы допускают, что их детище пригодится и в космосе. Прозрачный, лёгкий и прочный теплоизолятор помог бы, скажем, марсианским колонистам.
"Вы можете собирать солнечный свет, проходящий через этот теплоизолирующий материал, и сохранять энергию внутри, защищая себя от больших колебаний температуры, которые имеют место на Марсе или на Луне", – уверен Смалюх.
Впрочем, такие перспективы выглядят фантастическими. На поверхности Луны, беззащитной перед космической радиацией и микрометеоритами, вряд ли кто-то будет любоваться космосом через прозрачное окошко. Благоразумнее соорудить базу в глубокой пещере.
Не всё так просто и с колонизацией Красной планеты. На сегодняшний день самым реалистичным применением нового материала выглядит утепление вполне земных окон. Правда, для этого его нужно научиться быстро производить в промышленных количествах, чем учёные и заняты в настоящий момент.
К слову, "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) ранее писали об аэрогелях из графена, хлопка и даже золота. Не обошли мы стороной и тему теплоизоляции, рассказав об уникальной "нанодревесине". И неожиданным способам утилизации отходов мы тоже уделили внимание в материале о съедобном пластике из крабовых панцирей и опилок.
