Ученые выявили структуру "невесомого вещества"

Аэрогели - искусственные материалы, впервые полученные в 1931 г., относятся к классу мезопористых материалов, в которых полости занимают не менее 50% объема. Доля полостей (их размер от 2 до 50 нм) в общем объеме может достигать 90-99%, а плотность меняется в диапазоне от 1,9 (нынешний рекорд) до 150 кг/м³.

Аэрогели характеризуются самыми высокими показателями прочности в расчете на единицу массы. Кроме того, это самые лучшие электро-, тепло- и звукоизоляторы. Изучение пространственной структуры аэрогелей, которая и определяет все перечисленные свойства, долгое время представляло большие трудности для ученых - масштабы порядка нанометров не позволяли проводить наблюдения с помощью оптических микроскопов.

Ученым из двух американских национальных лабораторий им. Лоуренса в Ливерморе и в Беркли впервые удалось получить трехмерное изображение и установить внутреннюю структуру аэрогелей с помощью метода инвертирования когерентных рентгенограмм. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters. В результате исследования было установлено, что аэрогели составлены из сферических наночастиц (узлов пространственной решетки), соединенных между собой тонкими "стержнями", причем в узлах сосредоточено около 85% всей массы вещества. Прочность аэрогелей оказалось меньшей, чем предполагали ранее.

Новая методика структурного анализа позволит создавать материалы с контролируемыми свойствами. В ливерморской лаборатории более 20 лет разрабатывают применения аэрогелей для создания суперконденсаторов, для получения катализаторов при производстве новых видов автомобильного топлива, для очистки воды от вредных примесей и обессоливания морской воды. Аэрогели применялись NASA в проекте Stardust в качестве материала для ловушек космической пыли. Есть и разработка нового типа взрывчатых веществ на основе аэрогелей.

Методика трехмерного анализа внутренней структуры может быть применена и к другим пористым материалам с целью решения проблем моделирования фильтрации водонефтяных эмульсий в горных породах, сообщает пресс-релиз американской национальной лаборатории.