Аэрогели

АЭРОГЕЛИ (от аэро... и гели), высокопористые материалы, получаемые из гелей SiО₂, Li₂О, MgO, Al₂О₃, TiО₂, Fe₃О₄, оксидов других металлов, а также смешанных оксидов. Аэрогели образуются в золь-гель процессе, который включает: гидролиз исходных веществ, образование золя, объединение частиц золя в агрегаты, формирующие непрерывную сетку - гель. Нагреванием геля в автоклаве выше критической точки удаляют маточный раствор (водно-спиртовой) и получают прозрачный, слегка опалесцирующий твёрдый материал, построенный из связанных между собой микрочастиц, в виде трёхмерной сетки, поры которой заполнены воздухом. Синтезируют аэрогели с различной пористостью (до 99%). Наиболее распространён Аэрогель силикагеля, получаемый гидролизом алкоксисиланов (тетраэтоксни тетраметоксисилана).

Аэрогели характеризуются малыми размерами пор, развитой удельной поверхностью, низкими значениями плотности (от нескольких сотых долей до 1 г/см³), тепло- и электропроводности; ряд аэрогелей - высокими значениями прозрачности и прочности; некоторые аэрогели проявляют фотолюминесцентные свойства. Методами малоуглового рассеяния рентгеновских лучей и нейтронов установлено, что структура аэрогелей представляет собой совокупность фрактальных кластеров с массовой фрактальной размерностью 2,1-2,4. Фрактальные кластеры состоят из частиц с радиусом от долей до 100 нм. Плотность аэрогелей совпадает со средней плотностью фрактальных кластеров, выступающих в качестве строительных блоков объёмного материала. Фрактальной является и поверхность пор аэрогелей, причём фрактальная размерность поверхности может достигать предельного значения (чуть меньше 3). Фрактальное строение аэрогелей определяет их уникальные оптические, акустические и механические свойства; например, в акустическом спектре аэрогелей наблюдается так называемая фрактонная полоса, обусловленная внутренними колебаниями фрактальных агрегатов.

Аэрогели используют для тепло- и электроизоляции, как сорбенты и носители катализаторов, фильтры, резервуары для хранения горючих жидкостей (в том числе компонентов ракетного топлива), элементы акустических и оптических устройств, в черенковских счётчиках и солнечных батареях, для выращивания фотолюминесцентных кристаллов кремния и др.

Лит.: Brinker С.J., Scherer G. W. Sol-gel science: the physics and chemistry of sol-gel processing. Boston, 1990; Scherer G. W. Characterization of aerogels // Advances in Colloid and Interface Science. 1998. Vol. 76/77. Р. 321- 339; Фенелонов В. Б. Введение в физическую химию формирования супрамолекулярной структуры адсорбентов и катализаторов. Новосиб., 2002; Ролдугин В. И. Свойства фрактальных дисперсных систем // Успехи химии. 2003. Т. 72. №11.