Успешно разработан сверхлегкий изоляционный материал.

Новый материал имеет структуру аэрогеля (по меньшей мере 99 процентов пустого пространства), изготовленного из ультратонкой атомной керамики (гексагонального нитрида бора). Как сообщают ученые в журнале Science 15 февраля, эта конструкция демонстрирует чрезвычайно высокую термическую стабильность и очень быстрые изменения температуры в диапазоне более 1000 градусов Цельсия.

«Создать материалы, которые были бы одновременно легкими и высокотермостойкими, очень сложно», — сказал Дип Джаривала, инженер из Университета Пенсильвании и соавтор обзора этого исследования в журнале Science. По его словам, новый сверхлегкий изолятор имеет большой потенциал для покрытия компонентов космических аппаратов, поскольку они должны выдерживать очень большие перепады температур при пролете мимо Солнца или при входе в атмосферу Земли.

Структура аэрогеля состоит из сети крошечных воздушных пузырьков, каждый из которых отделен двумя гексагональными слоями нитрифицированных атомов бора (трехвалентного металлоида). Подобно тому, как двойные стеклопакеты предотвращают утечку тепла из дома зимой, этот двухслойный керамический барьер затрудняет передачу тепла от одного воздушного пузырька к другому. «Из-за длинного и извилистого пути тепло очень трудно передает через материал, распространяясь вдоль слоев атомов бора», — говорит Сянфэн Дуань, химик и материаловед из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.

Эксперименты показали, что новый материал обладает очень высокими теплоизоляционными свойствами. Фото: X. Xu и др./Science 2019.

Исследователи поместили свежий цветок на кусок нового материала толщиной 2 см и поместили его под пламя (изображение справа — тепловая карта). Через 15 минут температура верхней поверхности достигла 45 градусов Цельсия, а цветок лишь слегка завял.

В то время как другие аэрогелевые керамические материалы могут разрушаться при резких перепадах температуры или длительном термическом воздействии, новый аэрогелевый материал выдерживает до 500 циклов быстрого нагрева и охлаждения от 198°C до 900°C (повышение или понижение на 275°C в секунду), а также остается стабильным (сохраняя 95% своей гибкости) при 1400°C в течение недели.

По словам Джулии Грир, специалиста по материаловедению из Калифорнийского технологического института, новый материал все еще мягкий и гибкий, поэтому для практического применения его, вероятно, потребуется покрыть более прочным материалом.