Nový ultralehký keramický aerogel ustojí extrémní teploty  
Kdyby v pekle dělali izolaci citlivých přístrojů, tak by určitě sáhli po tomhle keramickém aerogelu. Když ho necháte týden uležet při teplotě 1 400 °C, tak to jen odzívá. Stejně tak ho nechají chladným stovky cyklů střídání teplot mezi mínus 198 °C a plus 900 °C.
Nový extrémní aerogel. Kredit: X. Xu & X. Duan.
Nový extrémní aerogel. Kredit: X. Xu & X. Duan.

Nad některými novými materiály zůstává rozum stát. V tom nejlepším smyslu slova. Takovým zázrakem je i nový keramický aerogel, který stvořil tým Kalifornské univerzity v Los Angeles (UCLA) a řady dalších výzkumných institucí. Je extrémně lehký a zároveň extrémně odolný. V budoucnu by se mohl využívat ve vesmírných misích, protože právě taková kombinace vlastností se kosmickým inženýrům líbí. Výzkum týmu, který vedl Xiangfeng Duan, v těchto dnech uveřejnil časopis Science.

 

Xiangfeng Duan, Kredit: X. Duan / CNSI.
Xiangfeng Duan, Kredit: X. Duan / CNSI.

Keramické aerogely nejsou úplně nové. Ve skutečnosti se používají k izolaci průmyslových zařízení už od devadesátých let a uplatnily se i ve vesmíru, například jako izolace vědeckých přístrojů na amerických roverech, které vyrazily na Mars. Nový materiál je ale proti těm stávajícím opravdový superaerogel. Je ještě mnohem lehčí a zároveň mnohem odolnější vůči extrémnímu žáru i opakovanému extrémnímu ohřívání. Díky své unikátní struktuře je také na podobné materiály neobvykle pružný.


Když se tenhle nový keramický aerogel zahřeje, tak se na rozdíl od ostatních keramických materiálů neroztáhne, nýbrž naopak zmenší. Díky svým pozoruhodným vlastnostem je dotyčný nový materiál mnohem ohebnější a méně křehký, v porovnání s nejlepšími současnými keramickými aerogely. Může být stlačen do objemu o 5 procentech původní velikosti a pak se opět vrátí do výchozí podoby. Jiné keramické aerogely si o tom mohou tak akorát nechat zdát.

Nový aerogel zblízka. Kredit: Oszie Tarula / UCLA.
Nový aerogel zblízka. Kredit: Oszie Tarula / UCLA.


Aerogely bývají tvořené z více než 99 procent prázdným prostorem, tedy vzduchem. Přesto jsou ale nejen lehké, ale vzhledem ke své váze také velice pevné. Mohou být vytvořeny z celé řady různých materiálů, včetně uhlíku, oxidů kovů nebo třeba právě keramiky. Keramické aerogely jsou v porovnání s jinými izolátory skvělé ve výdrži proti vysokým teplotám. Rovněž jsou vysoce odolné proti ohni a také korozi. Tohle všechno keramické aerogely favorizuje jako materiál pro opakovaně používané kosmické technologie. Problém je v tom, že dosavadní keramické aerogely jsou velmi křehké a mají nepříjemný sklon praskat po opakovaných prudkých a dramatických změnách teploty. Což by se při letech do vesmíru docela snadno mohlo stát.

 

Nový keramický aerogel má pozoruhodnou strukturu, kterou tvoří tenké vrstvy nitridu bóru, s atomy propojenými do šestiúhelníkových vzorů, připomínajících drátěné pletivo. Takový materiál vydrží skutečné extrémy. Třeba několik set cyklů extrémních změn teploty, mezi mínus 198 °C a plus 900 °C, k nimž dojde během pár sekund. V jiném testu nový aerogel vydržel prakticky bez úhony jeden týden v 1 400 stupních Celsia. Klíčem k ďábelské výdrži nového aerogelu je jeho vnitřní struktura, která tlumí šoky vyvolávané působením extrémních teplot a jejich změn.


Podle Duana je jejich výrobní postup docela univerzální. S trochou snahy by ho prý bylo možné adaptovat pro výrobu podobných ultralehkých a odolných materiálů. Takové materiály by se mohly stát pokročilou tepelnou izolací pro kosmické lodě, automobily a další zařízení. Také by prý mohly být užitečné pro ukládání tepelné energie, katalyzátory nebo pro filtraci.

Video:  Making Aerogels With a Hot Press: Tour of the Union College Aerogel Laboratory


Literatura
UCLA 14. 2. 2019, Science 363: 723–727.

Datum: 15.02.2019
Tisk článku

Posledná pevnosť - Baláž Erik, D' Bruno, Amicis
 
 
cena původní: 578 Kč
cena: 543 Kč
Posledná pevnosť
Baláž Erik, D' Bruno, Amicis
Související články:

Lehčí než voda a pevný jako ocel     Autor: Stanislav Mihulka (04.02.2014)
Sklo pevné skoro jako ocel     Autor: Stanislav Mihulka (07.11.2015)
Dřevo namísto oceli nebo slitin?     Autor: Dagmar Gregorová (20.04.2018)
V Singapuru vyrobili první aerogel z plastových lahví     Autor: Stanislav Mihulka (12.11.2018)
Nikl se strukturou dřeva má pevnost titanu a hustotu vody     Autor: Stanislav Mihulka (03.02.2019)



Diskuze:

Obvykle se hBN (bílý grafit) používá jako přísada s extrémní tepelnou vodivostí pro zvýšení tepelné vodivosti směsi.

Josef Hrncirik,2019-02-16 15:33:39

Boron nitride thermal conductivity podél = 600; napříč 30 W/(m.K).
V pěně pak lze očekávat vodivost kostry úměrnou cca 1/3 objemového zlomku kostry;
tj. při 10 g/l pěny je obj. zlomek kostry cca 0,0045; potom tepelná divost aerogelu bude cca
600.0,0045/3 = 0,9 W/(K.m) , t. jen 45 x větší než naměřená.

Odpovědět


A když přidáme tepelnou vodivost samotného vzduchu v dutinách minimálně 29 mW/(K.m), jsme vždy spolehlivě nad naměřenými 20 mW/(m.K)

Josef Hrncirik,2019-02-16 16:46:21

Odpovědět

Venuše

Luděk Horáček,2019-02-15 17:47:38

o krůček blíž

Odpovědět


Buy an article 10.1126/science.aaw5670

Josef Hrncirik,2019-02-15 21:59:41

Nic konkrétního kromě purchase an article tam není.
Pouze na cailiaoniu.com/167262.html Huawei velkoryse chuďasům zadarmo nabízí čínskou verzi.
Ó díky štědrá HUAWEI!
Díky alespoň za obrázky, které Science neplatící chátře nedobytně uzamkla!
Proč jsem se raději neučil čínsky!
Podle obrázků a metody přípravy popsanou zpěvnou veršovanou mandarinskou čínštinou jsou v aerogelu hustoty 0,1 g/l propojené póry velikosti cca 20 um. Stěny pórů jsou z prohnutých zdvojených destiček. Podobné hustoty lze dosáhnout i z křemenných vláken či grafenu. Materiál má sice modul cca 20 kPa a pevnost cca 40 kPa, ale při čínské hustotě (je to hustý). Hustoty vzorků pro tepelné vodivosti nejspíš nejsou jasné ani Číňanům.
Vodivost glass fibre vzorků je prakticky stejná a pěnový PS je jen o 50% horší.
Na vzduchu to lze zahřívat do cca 900°C, grafen shoří již při 600°C.
Ještě jednou díky, PRC!

Odpovědět


Je to marný!

Josef Hrncirik,2019-02-16 10:44:38

Bez dollarů nebo čínštiny se k hustotám neprokoušete!
V nevím proč sloupkovém grafu čínské cosi*B sice tvrdí že to mělo 1 g/l. V grafu
?cosi*C se ale tváří že to připravili ve 4 hustotách (pevnostech).
V grafu ?cosi*E mají najednou 8 hustot, ale hustoty i moduly jsou vztaženy k tajnému základu, aby se v tom neplatící růžoví ďáblové nemohli vyznat, i kdyby snad uměli čínsky zpívat.
V obr. ?cosi*C je ale jen 7 hustot pro měření ve vzduchu jen do 550°C.
Není jasno, který vzorek ?shořel, tipnul bych si že nejřidší hBNAGs hedvábný papír připravený podle starověkého 5 tisíc let císařem patentovaného postupu.
Pevností 100 kPa se tady pyšní vzorek nejvyšší hustoty 10 g/l.
jak jasně vidno zříti na obr.?cosi*D takový matroš má elastický limit jen 10%, což je v jasném sporu s obr. ?cosi*C, kde lživě udávají maximal strain vždy 95%.
Konfucius už nepláče, ale sprostě kleje.
V hypothetickém případě, že ideální třetina materiálu zachycuje tah či tlak ve směru osy, 3,3 kg borazonového hedvábu by udrželo dle obr.?cosi*C max. 200 kPa. Při hustotě hBN 2,1 by jeho 1,1 kg mělo průřez cca 5,24 cm2 a formálně by vzdorovalo zatížení 200 kN/0,000524 = 380 MPa , což cca odpovídá pevnosti lidských vlasů (rassa neuvedena).

Odpovědět


Vážně hrozí, že v pekle z toho ušijí obleky pro platící klienty, kteří doposud museli nedůstojně zalézat do Dewardových nádob?

Josef Hrncirik,2019-02-16 10:53:36

Odpovědět


Sněhobílá roucha posetá liliemi jako na obr.1

Josef Hrncirik,2019-02-16 15:15:45

Odpovědět


Díky za opravu, považoval jsem to za ibišek

Luděk Horáček,2019-02-16 15:21:52

Bájmór

Odpovědět


Samozřejmě propagují čínskou růži.

Josef Hrncirik,2019-02-16 15:39:44

Odpovědět


Franta však stále trvá na liliích.

Josef Hrncirik,2019-02-18 06:41:17

Odpovědět


Sorry jako, Mr. Dewar

Josef Hrncirik,2019-02-16 18:33:54

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni














Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace