Представьте себе материал, который легче воздуха, но при этом невероятно прочный. Ученые совершили прорыв, создав целое семейство таких материалов. Они разработали новый способ производства аэрогелей – ультралегких и пористых веществ, известных своими выдающимися изоляционными свойствами.

Главная проблема обычных аэрогелей в том, что они хрупкие и не выдерживают экстремальных температур, будь то космический холод или жар пламени. Команда исследователей под руководством Кая Панга нашла изящное решение, подсмотрев его у природы и архитектуры. Они создали аэрогели с ячейками в форме купола. Именно такая геометрия, как у арки или свода в здании, придает материалу феноменальную упругость и способность выдерживать огромные нагрузки.

Подробности опубликованы в издании Science.

Ученые изготовили 194 типа таких аэрогелей из самых разных веществ: оксидов, карбидов и даже металлов. Секрет в универсальной технологии, которая позволяет использовать более 30 химических элементов. Что удивительно, все образцы, независимо от состава, показали выдающиеся результаты.

• Они остаются упругими даже при плотности ниже, чем у воздуха.
• Выдерживают более 20 000 циклов сжатия почти до 100%, каждый раз восстанавливая первоначальную форму.
• Сохраняют свои свойства в невообразимо широком диапазоне температур: от жидкого гелия (-269 °C) до раскаленных 2000 °C.

Наглядный эксперимент впечатляет: свежая роза, накрытая всего лишь 8-миллиметровым слоем карбидного аэрогеля, спокойно переносит пятиминутное воздействие газовой горелки температурой 1300 °C и остается совершенно невредимой.

Реальная польза этого исследования колоссальна. Оно открывает путь к созданию теплозащиты нового поколения для космических аппаратов, которые будут садиться на планеты с экстремальной атмосферой. В аэрокосмической отрасли такие легкие и термостойкие материалы позволят существенно снизить вес летательных аппаратов, что сэкономит топливо и увеличит полезную нагрузку.

В энергетике их можно использовать для изоляции турбин и реакторов, значительно повысив их КПД. Это не просто улучшение существующих технологий, а ключ к проектированию совершенно новых систем, работа в которых была ранее невозможна из-за ограничений по термостойкости и весу материалов.

Основное замечание относится к коммерциализации и масштабирования технологии. В статье подробно описаны выдающиеся лабораторные свойства образцов, но нет данных о стоимости производства, сложности синтеза больших партий и долговременной стабильности материалов в реальных условиях, например, под постоянным воздействием вибраций, окисления или УФ-излучения.

Внедрение любого нового материала – это всегда компромисс между стоимостью, сложностью производства и итоговой эффективностью. Пока не ясно, насколько дорогостоящим окажется процесс при переходе от граммов к тоннам.

Ранее ученые выяснили, как аэрогель может спасти климат.