Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Kuloodporna mgła

Recommended Posts

Aerożel to materiał XXI wieku. Wyglądem przypomina zmrożoną mgłę lub, jak kto woli, zastygłą ektoplazmę. Można go zastosować do ochrony domów przed atakami bombowymi czy usuwania plam z ropy.

Powietrzny żel jest jednym z najlżejszych ciał stałych. Wytrzymuje wybuch kilograma dynamitu i temperaturę ponad 1300 stopni Celsjusza. Rewolucyjny materiał w 99,8% składa się z... gazu. Zapewnia 39-krotnie lepszą izolację niż najlepsze ze znanych włókien szklanych i jest 1000-krotnie mniej gęsty niż szkło. Obecnie naukowcy pracują nad nieznanymi dotąd sposobami jego wykorzystania, m.in. w rakietach tenisowych nowej generacji oraz doskonale izolowanych kombinezonach kosmicznych, w które ubraliby się uczestnicy lotu załogowego na Marsa.

Najprawdopodobniej aerożel zostanie zaliczony w poczet genialnych materiałów, które wynaleziono nieco wcześniej. Swoje miejsce znalazły tu już chociażby bakelit (pierwszy przemysłowy plastik termoutwardzalny), datowane na lata 80. włókna węglowe czy przebój lat 90. – silikon.

To zdumiewający materiał. Zyskaliśmy produkt o najmniejszej znanej człowiekowi gęstości, który jednocześnie może naprawdę wiele. Mogę sobie wyobrazić, że da się go użyć dosłownie do wszystkiego: od filtrowania zanieczyszczonej wody, przez ochronę przed ekstremalnymi temperaturami, po odgrywanie roli biżuterii – zachwyca się Mercouri Kanatzidis, profesor chemii z Northwestern University.

W jaki sposób uzyskuje się aerożel? Z żelu krzemionkowego (krzemionki koloidalnej) należy wyekstrahować wodę, a następnie zastąpić ją gazem: dwutlenkiem węgla. Pewnemu amerykańskiemu naukowcowi udało się go uzyskać już w 1931 roku, ale jego wczesne wersje były tak kruche i kosztowne, że w ramach reklamacji towar często odsyłano do laboratoriów.

Niecałe 10 lat temu powietrznym żelem zainteresowała się NASA. W 1999 roku sondę Stardust wyposażono w wysięgnik w całości wypełniony właśnie aerożelem. Za jego pomocą chciano pobrać próbki z ogona komety. Misja się powiodła.

W 2002 roku Aspen Aerogel, firma założona przez NASA, wyprodukowała mocniejszą i bardziej giętką postać żelu. Obecnie jest on wykorzystywany w pracach nad zaprojektowaniem kombinezonów dla kosmonautów, którzy wezmą w 2018 roku udział w locie załogowym na Marsa. Wg Marka Krajewskiego, już 18-milimetrowa warstwa aerożelu uchroni astronautów przed temperaturami oscylującymi wokół -130ºC. To najlepszy izolator, z jakim kiedykolwiek się spotkałem.

Materiał testowało też wojsko. Podczas prób w laboratorium metalową płytę pokryto warstwą aerożelu o grubości 6 milimetrów. Tak chroniona płyta nie tylko wytrzymała eksplozję dynamitu, ale na jej powierzchni pojawiły się jedynie lekkie zadrapania. Wojskowi już myślą o pokrywaniu aerożelem pojazdów opancerzonych.

Nowy materiał powinien zachwycić też ekologów. Naukowcy mówią o nim „idealna gąbka”. Na jego powierzchni znajdują się bowiem miliony niewielkich porów. Kanatzidis już stworzył aerożel, który potrafi absorbować z wody ołów i rtęć. Inna wersja może oczyszczać wodę z ropy naftowej.

Nowy-stary materiał wkracza też do użytku codziennego. Dunlop oferuje rakiety tenisowe z aerożelem, a jeden z mieszkańców Wielkiej Brytanii pokrył dom izolacją z tego materiału. Obniżyłem dzięki temu temperaturę na termostacie o 5 stopni, a ciepło w domu wzrosło – mówi.

Materiał wypróbowała też w Himalajach wspinaczka Anne Parmenter. Zastosowany w butach aerożel spowodował jednak, że... było jej zbyt gorąco. Podobnie nie powiodła się próba Hugo Bossa, który zaczął sprzedawać kurtki zimowe z aerożelem. Klienci skarżyli się, że jest w nich zbyt ciepło.

Zdaniem naukowców, przed aerożelem rysuje się wspaniała przyszłość. Jego wersje wykonane z platyny mogą zostać użyte do przyspieszenia produkcji wodoru, a co za tym idzie, przyczynią się do rozwoju przemysłu paliwowego tworzącego paliwa wodorowe.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Na University of Bath powstał niezwykle lekki materiał, który może wyciszyć silniki samolotów i znacząco poprawić komfort pasażerów. To najlżejszy ze znanych materiałów izolujących, który może zmniejszyć hałas generowany przez silniki startujących odrzutowców do poziomu zbliżonego do hałasu generowanego przez... suszarkę do włosów.
      Metr sześcienny aerożelu z tlenku grafenu i poli(alkoholu winylowego) waży zaledwie 2,1 kilograma, co czyni go najlżejszym kiedykolwiek wyprodukowanym materiałem izolującym. Jego twórcy zapewniają, że może on obniżyć hałas generowany przez silniki samolotu ze 105 do 89 decybeli, zatem do poziomu przeciętnej suszarki do włosów. Jednocześnie niemal nie wpływałby na wagę całego samolotu.
      Obecnie naukowcy z Materials and Structures Centre (MAST) na Bath University pracują nad optymalizacją swojego aerożelu. Chcą, by lepiej rozpraszał on ciepło, co zmniejszy zużycie paliwa i poprawi bezpieczeństwo.
      "To niezwykle interesujący materiał, który może znaleźć wiele zastosowań. Początkowo w przemyśle lotniczym i kosmicznym, ale potencjalnie również w samochodowym, transporcie morskim czy budownictwie", mówi profesor Michele Meo, który stał na czele zespołu badawczego. "Udało się nam wyprodukować tak lekki materiał dzięki połączeniu ciekłych tlenku grafenu i polimeru, które formowane są tak, by zamknąć wewnątrz bąble powietrza. Możemy porównać tę technikę z ubijaniem bezy. Otrzymujemy ciało stałe, zawierające dużo powietrza".
      Twórcy nowego materiału oceniają, że może on trafić na rynek już za 18 miesięcy.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Superlekkie materiały składające się w ponad 99% z powietrza mogą stać się kluczowymi elementami dostarczającymi energię przyszłym misjom kosmicznym. Materiały te, porowate aerożele węglowe, tworzą elektrody superkondensatora zbudowanego na zlecenie NASA przez Merced nAnomaterials Center for Energy and Sensing, University of California, Santa Cruz (UCSC), University of California, Merced i Lawrence Livermore National Laboratory. Superkondensator przyda się też podczas prac na biegunach, gdyż działa w bardzo niskich temperaturach.
      Wiele pojazdów kosmicznych wymaga stosowania wewnętrznego ogrzewania. Łaziki pracujące na Marsie muszą mierzyć się ze średnimi temperaturami rzędu -62 stopnie Celsjusza. W zimie temperatura spada poniże -125 stopni Celsjusza. Dlatego też np. Perseverance wyposażony jest w grzałki, które dbają o to, by nie zamarzł elektrolit w akumulatorach łazika. Jednak grzałki i ich źródła zasilania to kolejne elementy dodające masy łazikowi, przez co rosną koszty i poziom skomplikowania misji.
      Rozwiązaniem wielu problemów mogłyby być superkondensatory. To urządzenia, które łączą zalety akumulatorów i kondensatorów. Przede wszystkim są zdolne do przechowywania znacznie większych ilości energii niż kondensatory, chociaż nie są tak dobre w jej przechowywaniu jak akumulatory. Jednak nad akumulatorami mają tę przewagę, że można je ładować i rozładować w ciągu minut. Ponadto wytrzymują miliony cykli ładowanie/rozładowanie, podczas gdy akumulatory potrafią przetrwać jedynie kilka tysięcy takich cykli. W końcu, co ważne, w przeciwieństwie do akumulatorów nie działają dzięki reakcjom chemicznym, a dzięki przechowywaniu ładunków w formie naładowanych jonów umieszczonych na powierzchni elektrod.
      Zespół pracujący pod kierunkiem Jennifer Lu z UC Merced i Yata Li z USCS stworzył elektrody do swojego kondensatora za pomocą druku 3D. Atramentem było połączenie celulozowych nanokrysztalów, które dostarczyły węgla, i krzemowych mikrosfer, tworzących podporę dla makroporów. W ten sposób powstał aerożel z porami o średnicy od kilku nanometrów do 500 mikrometrów. Utworzono hierarchiczną strukturę kanałów, które znakomicie zwiększają tempo, w jakim jony z elektrolitu przemieszczają się przez materiał, minimalizując drogę, którą muszą przebyć.
      Uzyskany aerożel ma powierzchnię około 1750 m2/g, a stworzona z niego elektroda charakteryzuje się pojemnością elektryczną rzędu 148,6 F/g przy przyłożonym napięciu 5 mV/s. Twórcy elektrody wykazali, że działa ona przy temperaturze nawet -70 stopni Celsjusza, podczas gdy większość komercyjnie dostępnych akumulatorów litowo-jonowych i superkondensatorów przestaje działać w temperaturze -20 do -40 stopni Celsjusza, gdyż dochodzi do zamarznięcia elektrolitu.
      Obecnie trwają testy mające na celu dokładne określenie wydajności elektrody przy niskich temperaturach. Prowadzimy testy w warunkach, jakie panują na Księżycu, Marsie i Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, mówi Lu.
      Szczegóły badań opublikowano na łamach Nano Letters.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Nowy superizolujący żel stworzony na University of Colorado, Boulder, może znakomicie zwiększyć wydajność energetyczną budynków oraz pozwolić na zbudowanie pomieszczeń mieszkalnych dla kolonistów na Marsie.
      Wspomniany aerożel przypomina spłaszczony plastik, jest podobny do soczewek kontaktowych. Ma on tak doskonałe właściwości izolujące, że można pokryć nim dłoń i rozpalić na nim ogień, a nie poczujemy żaru. W przeciwieństwie do innych podobnych produktów jest w dużej mierze przezroczysty.
      Przezroczystość to niezwykle pożądana cecha, gdyż pozwala na użycie tego żelu na szybach czy do zbudowania habitatów poza Ziemią. Można dzięki niemu korzystać ze światła słonecznego i chronić się przed olbrzymimi wahaniami temperatury, jakie mają miejsce na Marsie czy Księżycu, wyjaśnia profesor Ivan Smalyukh z Wydziału Fizyki CU Boulder.
      Aerożele w co najmniej 90% składają się z gazu. Przypominają gąbkę, która więzi powietrze w miliardach miniaturowych porów. To właśnie ten uwięziony gaz czyni aerożel tak dobrym izolatorem. Jednak obecnie większość dostępnych aerożeli jest nieprzezroczystych, a to oznacza, że nie można ich użyć np. do pokrycia okien.
      Smalyukh i jego zespól rozpoczęli produkcję żelu od celulozy. Precyzyjnie kontrolując sposób łączenia się poszczególnych molekuł tego materiału, byli w stanie ułożyć je we tak uporządkowany wzór, że światło może przechodzić przez nowy materiał, czyniąc go tym samym przezroczystym.
      Co interesujące, celulozę do produkcji żelu pozyskano ze zużytej brzeczki piwnej z lokalnych browarów. Nie tylko dokonaliśmy recyklingu i spowodowaliśmy, że wartościowy materiał nie trafił na wysypisko, ale tanim kosztem zyskaliśmy możliwość wyprodukowania naszego żelu, mówi doktorant Andrew Hess.
      Nowy materiał, który jest 100-krotnie lżejszy od szkła, może przynieść olbrzymie korzyści. Jak informuje Departament Energii, w USA niemal 25% energii używanej do chłodzenia i ogrzewania budynków, jest tracona przez szyby. Straty sięgają tutaj miliardów dolarów rocznie. Twórcy nowego żelu nie wykluczają, że można z niego wyprodukować cienką przezroczystą warstwę izolacyjną, którą każdy będzie mógł nakleić na szyby w swoim domu i zaoszczędzić w ten sposób spore kwoty.
      Żel otrzymał już nagrodę zawodów 2018 iTech organizowanych przez NASA, a jego twórcy prowadzą rozmowy z producentami okien.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      W Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) powstał nanokrystaliczny diamentowy aerożel.. Jego twórcy mają nadzieję, że nowy materiał znajdzie szerokie zastosowanie w optyce - od potężnych teleskopów po soczewki kontaktowe.
      Aerożele odznaczają się najmniejszymi gęstością, przewodnictwem cieplnym, indeksem refrakcyjnym oraz prędkością rozchodzenia się dźwięku ze wszystkich znanych ciał stałych. Są one wykorzystywane zarówno do oczyszczania wody jak i do wyłapywania kosmicznego pyłu przez satelity NASA.
      Eksperci z LLNL stworzył diamentowy aerożel w komorze diamentowej, używając do tego celu standardowego aerożelu bazującego na węglu. Jego pory wypełniono neonem, co zapobiegło zniszczeniu struktury aerożelu. Wykorzystana komora diamentowa wytworzyła ciśnienie powyżej 200 tysięcy atmosfer, a uczeni użyli też lasera, który podgrzał ściskaną próbkę do temperatury wyższej niż 1226 stopni Celsjusza. Gęstość tak uzyskanego diamentowego aerożelu wynosiła zaledwie 40 miligramów na centymetr sześcienny, a zatem jest on około 40-krotnie gęstszy od powietrza.
      Diamentowy aerożel może być wykorzystywany do produkcji powłok antyrefleksyjnych, dzięki czemu systemy optyczne (np. teleskopy) będą traciły mniej światła, a zatem będą bardziej wydajne. Niewykluczone, że okaże się też przydatny do zwiększenia lub zmodyfikowania biokompatybilności innych materiałów, przy wzbogacaniu związkami chemicznymi, w zastosowaniach związanych z przewodnictwem cieplnym czy emisjami pól elektrycznych.
      Aerożel został stworzony przez zespół naukowców z LLNL pracujących pod kierunkiem profesora Petera Pauzauskiego z University of Washington.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      NASA poinformowała o znalezieniu w przestrzeni kosmicznej składników niezbędnych do powstania życia. W próbkach pobranych z komety Wild 2 przez sondę Stardust odkryto glicynę czyli najprostszy z aminokwasów wchodzących w skład białek. Nasze odkrycie wspiera teorię mówiącą, że niektóre ze składników koniecznych do pojawienia się życia powstały w kosmosie i zostały dostarczone na Ziemię przez meteoryty lub komety - mówi doktor Jamie Elsila z Goddard Space Flight Center. Z jej opinią zgadza się doktor Carl Pilcher, dyrektor Instytutu Astrobiologii NASA.
      Sonda Stardust przeszła przez ogon komety Wild 2 w styczniu 2004 roku. Urządzenie wykorzystało aerożel do zebrania próbek gazu i pyłu tworzącego ogon komety. Dwa lata później, 15 stycznia 2006 roku próbki zostały dostarczone na Ziemię. Od tamtej pory są przedmiotem badań, które mają odpowiedzieć na pytania dotyczące formowania się komet i historii Układu Słonecznego.
      Zespołowi z NASA aż dwa lata zajęło testowanie i ulepszanie sprzętu tak, by możliwe było zbadanie mikroskopijnej ilości zachowanych próbek.
      Glicynę odkryto w nich już wcześniej, jednak nie było pewności, czy próbki nie zostały zanieczyszczone na Ziemi. Istniała obawa, że dostała się ona na pokład Stardusta w czasie budowy sondy. Dopiero najnowsze badania, podczas których wykonano analizy izotopów, wykazały, że aminokwas nie pochodzi z Ziemi. Okazało się bowiem, że znaleziona glicyna zawiera więcej izotopu węgla 13C niż glicyna pochodzenia ziemskiego.
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...