100kitov.ru

Интересные факты — события, биографии людей, психология
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Какой материал самый легкий?

Какой материал самый легкий в мире?

Вы когда-нибудь мечтали о том, чтобы спать на пушистых белых облаках или нырять в бассейне с твердым воздухом, только чтобы плавать в его странной, мягкой, нежной текстуре. Однако они очень разные. Являясь самым легким материалом из существующих на сегодняшний день, аэрогели неубедительно крепки и невероятно невосприимчивы к широкому кругу суровых условий.

«Аэрогель» не может рассматриваться как особый материал или минерал, такой как хлопок или графен, и имеет особую химическую формулу. Вместо этого они представляют собой разнообразный класс твердых пористых материалов, демонстрирующих странную совокупность экстремальных свойств материала, состоящую из группы материалов с определенной геометрической структурой — чрезвычайно пористой твердой пены с высокой связью между разветвленными структурами по всему материалу. Эти связи, хотя и охватывают несколько нанометров, невероятно прочны и долговечны. К вашему удивлению, эти «мистически» материалы существуют на протяжении всей истории гораздо дольше, чем вы можете себе представить. Американский профессор химии Стивен Кистлер, в 1931 году, опубликовал первые выводы об этом материале после его успешного изобретения, включающего много проб и ошибок.

Как сделать аэрогель?

Представьте, что вы готовите миску сладкого желатинового десерта. Процесс приготовления аэрогеля на самом деле очень похож. Желатиновый порошок смешивают в горячей воде и затем охлаждают в холодильнике. Что вы получаете, это гель. На этом этапе аэрогель и ваше обычное съедобное желе ничем не отличаются. Если вы поместите этот волнистый гель в духовку сейчас и удалите всю его влагу, ваше желе, несомненно, превратится в порошок. Это потому, что когда влага откачивается в виде пара, структурные связи между желеобразным материалом вытягиваются внутрь, не оставляя ничего, кроме пыли.

Однако, если вам каким-то образом удалось вытащить все жидкое содержимое геля, не повредив твердую структуру и форму, то у вас останется чрезвычайно плотное пористое вещество низкой плотности. Именно так делаются аэрогели.

Сверхкритическая сушка — сложная техника, с помощью которой жидкость может вытягиваться капиллярно. Все чистые вещества (которые не разлагаются) имеют критическую точку. Это определенное давление и температура, при которых исчезает различие между их жидким состоянием и газовой фазой. Эта фаза материи называется сверхкритической жидкостью.

Чтобы создать аэрогель, возьмите герметичный контейнер с жидкостью (в основном кремнеземом) ниже его критической точки. Эта банка оснащена манометром сверху и оборудованием для повышения температуры. Определенное количество жидкости испаряется в контейнере до тех пор, пока давление пара жидкости и давление в сосуде не выровняются. Теперь, если вы нагреваете контейнер, давление в контейнере увеличивается, из-за увеличения давления пара с температурой. Поскольку критическая точка этой жидкости приближается, давление в резервуаре сжимает молекулы пара достаточно близко друг к другу, так что пар становится почти таким же плотным, как жидкость.

Одновременно температура в контейнере становится достаточно высокой, так что кинетическая энергия молекул в жидкости ослабляет силы притяжения, которые удерживают их вместе в виде жидкости. В конце концов, критическая точка достигнута, размытие мениска, разделяющего две фазы, приводит к одной сверхкритической фазе! На этом этапе поверхностное натяжение в жидкости медленно падает до нуля, заставляя капиллярное напряжение также падать.

Читайте так же:
Почему пятница называется пятницей? Причины, фото и видео

Аэрогелификация

Сверхкритическая жидкость, присутствующая теперь во всем сосуде, имеет поры, заполненные гелем; жидкость в этом геле теперь может быть удалена без поверхностного натяжения, чтобы помешать процессу. Это делается путем частичного сброса давления в сосуде (не ниже критического давления). Температура контейнера также должна оставаться выше критической температуры на этом этапе.

Цель состоит в том, чтобы избавиться от достаточного количества жидкости из сосуда, в то время как жидкость все еще находится в сверхкритическом состоянии, что гарантирует, что когда давление в сосуде полностью сбрасывается ниже критической точки жидкости, в сосуде просто не останется вещества для повторной конденсации. После удаления достаточного количества жидкости в сосуде постепенно сбрасывают давление и охлаждают до условий окружающей среды. Когда это происходит, небольшое количество жидкости, оставшейся в сосуде, проходит через критическую точку; он возвращается в газообразное состояние. Оставшаяся жидкость в геле теперь полностью преобразована в газ без капиллярного напряжения, и остается аэрогель.

Типы Аэрогеля

Три основных типа аэрогелей — оксид кремния, оксид углерода и металла. Эти твердые вещества нашли широкое применение в современных элементах оборудования благодаря своим уникальным структурным и химическим свойствам.

Кремнезем не следует путать с кремнием, веществом, используемым в микросхемах и полупроводниках. Кремнезем является стеклообразным материалом, используемым для изоляции. Аэрогели на основе диоксида кремния являются наиболее часто обсуждаемыми аэрогелями; если вы слышите, как люди говорят об аэрогелях, есть большая вероятность, что они говорят об аэрогелях из диоксида кремния. Молекулы кремнезема, которые больше, чем длина волны белого света, рассеивают синий свет, обеспечивая тем самым прозрачный синий оттенок.

Совершенно не похоже на небесно-голубые аэрогели на основе диоксида кремния, аэрогели на основе углерода имеют серовато-черный оттенок с текстурой, напоминающей древесный уголь. Их непривлекательный внешний вид компенсируется высокими свойствами электропроводности. Миллионы воздушных зазоров и пор резко увеличивают площадь абсорбции этих аэрогелей, что делает их незаменимым кандидатом для топливных элементов, систем опреснения и суперконденсаторов.

Металлические аэрогели, как следует из названия, сделаны из оксидов металлов. На самом деле они являются неорганическими кузенами более распространенного аэрогеля с кремнеземом. Каждый тип аэрогеля имеет свои уникальные свойства. Эти аэрогели очень полезны в качестве катализаторов для многих различных химических превращений, взрывчатых матриц и предшественников для других материалов, таких как катализатор из углеродных нанотрубок. Эти аэрогели часто бывают довольно красочными, а некоторые даже имеют магнитную природу.

Применение аэрогеля

Благодаря своей низкой теплопроводности и чрезвычайно малому весу, они являются идеальными кандидатами для строительства строительных и бытовых приборов, средств хранения, автомобилей и космических аппаратов и солнечных устройств.

Благодаря высокой пористости и низкой плотности они используются в машинных датчиках, хранилищах топлива, ионообменниках, фильтрах выхлопных газов. Являясь мягкими полупрозрачными твердыми веществами с низким показателем преломления, они также используются в качестве световодов и находят применение в легкой оптике.

Будучи акустически непрозрачными для звуков, они используются при облицовке стен звукоизолированных помещений и в ультразвуковых датчиках расстояния. Будучи легкими и мягко эластичными, они находят хорошее применение в качестве поглотителей энергии в ловушках сверхскоростных частиц. Обладая высокой площадью поверхности и низкими диэлектрическими постоянными, аэрогели часто используются в диэлектриках для интегральных схем и конденсаторов из-за их высокой диэлектрической прочности.

Читайте так же:
Как выглядел первый GPS для самолетов

Как вы видите, этот уникальный класс материала может сделать гораздо больше, чем просто удержать влагу в обувной коробке!

Описание легких тканей

Описание легких тканей

Ткани бывают разные: прозрачные и утепленные, однотонные и с рисунком. В статье пойдет речь о легких тканях. Рассмотрим летние струящиеся и дышащие варианты, белые и цветные. Узнаем также, какая ткань самая легкая

Какой материал самый легкий?

Сегодня в магазинах такой большой ассортимент тканей, что выбрать самую легкую довольно трудно. Так, очень легким является шифон. Эта струящаяся, очень нежная и тонкая ткань. Изначально был изобретен хлопчатобумажный шифон. Но после 1900-х годов его стали производить из шелковых нитей.

Первоначально материя была гладкокрашеная, но уже в середине прошлого века появился набивной шелковый шифон, и хлопок был забыт. Зато современная промышленность добавляет в шифон полимерные волокна. На ощупь поверхность материала напоминает песок. Шифон – одна из самых легких тканей, но одновременно с этим она еще и очень непрочная.

Есть и более легкая ткань – это газ, ее вес – всего 15 граммов на кв. м. А также к самым легким можно отнести невесомую вольту и сетчатый маркизет, прозрачную органзу.

Обзор видов

Легкие ткани в основном используются для летней одежды, они могут быть произведены из самого разного сырья. Причем это могут быть как натуральные волокна, так и синтетические. Рассмотрим самые популярные решения.

Хлопок

Безусловно, наиболее популярные ткани на лето – это те, что произведены из натурального сырья. Так, в одежде из хлопка даже в жару можно будет почувствовать комфорт и прохладу. Различают плотный вариант хлопка, из которого шьют костюмы, но есть и его легкий вариант для летних летящих платьев, юбок, блузок и многого другого. Волокна хлопка могут быть включены в состав следующих легких тканей.

  • Ситец. Тонкий, нежный, довольно мягкий материал. На 100% натуральный, экологически чистый. Прост в уходе, выпускается в огромном ассортименте от различных производителей, в различных цветовых гаммах. Пожалуй, это самый тонкий хлопковый материал, да и самый бюджетный.

  • Батист. Ткань более изысканная, утонченная, в основном белая. Материал имеет характерный блеск, что делает его немного напоминающим шелк. Несмотря на то, что эта материя воздушная, ткань получается довольно прочной. Одной из особенностей батиста является его драпируемость.

  • Перкаль. Прочный и плотный материал, но в то же время нежный. Его считают износостойким, он хорошо стирается. Визуально это изысканный материал, мягкий и шелковистый.

  • Муслин. Полупрозрачная материя, нежная и тонкая. Но такая же плотная, как перкаль. Муслин очень приятен к телу, быстро высыхает после стирки.

  • Маркизет. Это тоже воздушная ткань, напоминающая тончайшую сетку. Отличается шелковистой, слегка блестящей поверхностью. Хорошо гладится и драпируется.
Читайте так же:
Белый гриб - Описание, как выглядит, где растет, разновидности, фото и видео

  • Вольта. Очень тонкая ткань, практически невесомая. Преимущественно окрашена в яркие цвета, может иметь на поверхности пестрые рисунки. На полотне присутствуют блеск и небольшая полупрозрачность.

  • Вуаль. Это тоже сетчатое полотно. Популярны нежные и пастельные расцветки. Полотно вуали матовое, великолепно драпируется.

Очень легкие ткани получаются на основе шелка. Так, в нижеописанных видах шелк может выступать одним из главных компонентов.

  • Шифон. Прозрачная или полупрозрачная тонкая шелковая ткань. Иногда к натуральной составляющей изготовители добавляют полиэфирные волокна. Это делает шифоновые полотна еще более легкими и несминаемыми.

  • Жоржет. Обладает воздушной легкой текстурой. Поверхность ткани имеет небольшие шероховатости. Отличается легкой прозрачностью и бархатистым блеском.

  • Органза. Очень прозрачная тонкая материя. Изготовлена из тонких волокон особого плетения, благодаря чему поверхность одинакова с двух сторон.

Применение

Такое качество, как легкость, используется при выборе ткани для разных предметов одежды. Особенно это актуально для летнего гардероба. Так, для лета часто применяют легкие блузочные материи, в которых тело дышит. Носить изделия комфортно, особенно если необходимо находиться в них целый день. Такие блузки совсем не ощущаются при носке, что очень важно при активном графике.

Легкими должны быть не только блузки. Например, при пошиве летних костюмов используются жакетные ткани. Несмотря на плотность, они легки и не вызывают дискомфорта при ношении. Летняя одежда должна быть не только легкой, но и красивой. Поэтому часто для пошива нарядного платья используется шифон.

А чтобы модель выглядела элегантно, из шифона делают только верхний слой на непрозрачной подкладке либо берут материал в два слоя.

Для чего еще используются легкие ткани:

  • летние сарафаны, свободные туники;
  • рубашки, блузки;
  • домашние халаты;
  • футболки, топы, майки;
  • шорты, бриджи, белые брюки;
  • панамы, шляпы, бейсболки;
  • пляжные и летние сумки, рюкзаки.

Помимо одежды, легкими тканями можно украсить дом. Такие ткани часто задействуются в декоре интерьера. Например, для красивого декора окна, а еще можно сделать балдахин над кроватью.

Дополнительная сфера применения – домашний текстиль в виде легчайшего постельного белья, скатертей и салфеток.

masterok

Если вы следите за новинками в мире современных технологий, то данный материал не будет для вас большой новостью. Тем не менее, рассмотреть более детально самый легкий материал в мире и узнать еще немного подробностей полезно.

Менее года назад звание самого легкого в мире материала получил материал под названием аэрографит. Но этому материалу не получилось долго удерживать пальму первенства, ее не так давно перехватил другой углеродный материал под названием графеновый аэрогель. Созданный исследовательской группой лаборатории Отдела науки о полимерах и технологиях университета Чжэцзяна (Zhejiang University), которую возглавляет профессор Гэо Чэо (Gao Chao), сверхлегкий графеновый аэрогель имеет плотность немного ниже плотности газообразного гелия и чуть выше плотности газообразного водорода.

Аэрогели, как класс материалов, были разработаны и получены в 1931 году инженером и ученым-химиком Сэмюэлем Стивенсом Кистлером (Samuel Stephens Kistler). С того момент ученые из различных организаций вели исследования и разработку подобных материалов, невзирая на их сомнительную ценность для практического использования. Аэрогель, состоящий из многослойных углеродных нанотрубок, получивший название «замороженный дым» и имевший плотность 4 мГ/см3, потерял звание самого легкого материала в 2011 году, которое перешло к материалу из металлической микрорешетки, имеющему плотность 0.9 мГ/см3. А еще год спустя звание самого легкого материала перешло к углеродному материалу под названием аэрографит, плотность которого составляет 0.18 мг/см3.

Читайте так же:
Сколько крови в человеке? - Объем крови у взрослого, у ребенка, видео

Новый обладатель звания самого легкого материала, графеновый аэрогель, созданный командой профессора Чэо, имеет плотность 0.16 мГ/см3. Для того, чтобы создать столь легкий материала ученые использовали один из самых удивительных и тонких материалов на сегодняшний день — графен. Используя свой опыт в создании микроскопических материалов, таких, как «одномерные» графеновые волокна и двухмерные графеновые ленты, команда решила добавить к двум измерениями графена еще одно измерение и создать объемный пористый графеновый материал.

Вместо метода изготовления по шаблону, в котором используется материал-растворитель и с помощью которого обычно получают различные аэрогели, китайские ученые использовали метод сублимационной сушки. Сублимационная сушка коолоидного раствора, состоящего из жидкого наполнителя и частиц графена, позволила создать углеродистую пористую губку, форма которой почти полностью повторяла заданную форму.

«Отсутствие потребности использования шаблонов размеры и форма создаваемого нами углеродного сверхлегкого материала зависит только от формы и размеров контейнера» — рассказывает профессор Чэо, — «Количество изготавливаемого аэрогеля зависит только от величины контейнера, который может иметь объем, измеряемый тысячами кубических сантиметров».

Получившийся графеновый аэрогель является чрезвычайно прочным и упругим материалом. Он может поглотить органические материалы, в том числе и нефть, по весу превышающие в 900 раз его собственный вес с высокой скоростью поглощения. Один грамм аэрогеля поглощает 68.8 грамма нефти всего за одну секунду, что делает его привлекательным материалом для использования в качестве поглотителя разлитой в океане нефти и нефтепродуктов.

Помимо работы в качестве поглотителя нефти графеновый аэрогель имеет потенциал для использования в системах аккумулирования энергии, в качестве катализатора для некоторых химических реакциях и в качестве наполнителя для сложных композитных материалов.

Какой материал самый легкий?

октября 24, 2013

Самые легкие материалы

Самые легкие материалы

Многие с детства помнят загадку о том, что же все-таки тяжелее килограмм пуха или килограмм свинца. И многие говорили, что килограмм свинца тяжелее. Для людей — пух, лепестки цветов и одуванчики кажутся чем-то легким.

Такая банальная на сегодняшний день вещь, как алюминий ученым 19 столетия представлялась грандиозным открытием. Многие из них мечтали о жилищах для всех обездоленных из этого легкого и прочного металла. Ученых всего мира всегда занимал вопрос создания наилегчайших материалов, которые можно транспортировать без особых проблем.

Таким образом, человечество пытается приблизиться к божественному началу, взмыть ввысь и вплотную приблизиться к великому первоисточнику всего сущего. Как здесь не вспомнить сказку о шапке-невидимке, — возможно ученые умы так и остались под впечатлением детских книжек?

Но у лирической стороны всегда есть и обратная, практическая сторона. Самые легкие материалы – один из наиболее существенных вопросов и задач современной науки, а в частности – нано-технологий. Подобные материалы необходимы для космической и военной отрасли, производства компьютеров на базе новейших процессоров, в трансплантологии и многих других областях человеческой жизнедеятельности.

Читайте так же:
Резьба по дереву

title

Долгое время одним из наилегчайших материалов, созданных человеком, считался пенополистирол. Это продукт класса пенопластмасс, который изготавливался из полистирола вкупе с его производными. Трудно себе представить, но этот материал состоит на 98% из воздуха и лишь только 2% остается на сам полистирол.

Однако жизнь не стоит на месте, и маститые ученые (вот ведь неугомонные люди) продолжают теснить один другого в поисках новых, еще более легких субстанций. Так, совсем недавно вся научная общественность была взбудоражена новым открытием в области не тяжелых материалов.

Новое вещество получило название «аэрогель», которое в русском эквиваленте звучало бы как «замороженный воздух» или «замороженный дым». Действительно, это вещество по своему виду здорово напоминает дым, который как будто по желанию безумного художника, непонятным образом перекочевал с холста в реальную действительность.

Это пористое вещество с голубоватым оттенком напоминает пенопласт или слегка затвердевшую пенку для бритья. Одно из главных уникальных свойств этого материала – способность выдерживать нагрузки, которые могут превышать собственный вес вещества более чем в 2000 раз! И это, если учесть, что аэрогель на 9,8% состоит из воздуха.

Самые легкие материалы

Кроме того, это вещество превосходный теплоизолятор, который почти в 40 раз превосходит изоляционный стеклопластик, так что аэрогель уже сегодня находит свое применение в аэрокосмической отрасли. Помимо высоких теплоизоляционных характеристик это вещество практически не пропускает звук, способно выдерживать воздействие самых экстремальных температур, а также сильное ударное воздействие.

На практике, бронежилет изготовленный из аэрогеля толщиной в 1 см, будет способен защитить носителя от взрыва целого килограмма динамита. Но список под названием «легкие материалы» на этом не заканчивается. Китайским ученым удалось создать настолько легкий материал, что он способен размещаться на лепестках цветов.

Дюймовочка по сравнению с этим веществом, которое назвали графен, просто «жирная корова». Графен всего лишь вдвое тяжелее самого простого химического элемента водорода и менее плотный, нежели гелий. Однако, несмотря на такую легкость и воздушность, этот материал чрезвычайно прочный.

Один лист толщиной с полиэтиленовый пакет способен выдержать вес слона. Для того, чтобы получить стопку толщиной в 1 мм, необходимо три миллиона листов графена. Кроме того, графен имеет просто фантастические свойства поглощения – до 900 раз от собственного веса в нефтяном эквиваленте.

Самые легкие материалы

Причем этот «умный материал» поглощает именно нефть, а не воду, что в свою очередь делает его чрезвычайно перспективным в деле очистки планеты от нефтяных пятен. Помимо всего вышеперечисленного графен настолько гибок, что его можно смело растягивать на 20%. Впрочем, эксперименты по созданию новых сверхлегких материалов продолжаются.

Практика показывает, что в скором будущем человечество ожидают еще более невероятные открытия. Возможно, совсем скоро ученые умы представят на суд современников вещества, состоящие на 9,9% из одного только воздуха.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию