Успешно изготовлен сверхлегкий изоляционный материал

Новый материал имеет структуру аэрогеля (не менее 99% пустого пространства) и изготовлен из атомарно тонкой керамики (гексагонального нитрида бора). Эта конструкция демонстрирует чрезвычайно высокую термостойкость и способность выдерживать быстрые перепады температур в диапазоне более 1000 градусов Цельсия, сообщают учёные в номере журнала Science от 15 февраля.

«Очень сложно создать материалы, которые одновременно были бы лёгкими и термостойкими», — сказал Дип Джаривала, инженер из Пенсильванского университета, соавтор обзора исследования в журнале Science. По его словам, новый сверхлёгкий изолятор может быть использован в качестве покрытия для компонентов космических аппаратов, которым предстоит выдерживать экстремальные перепады температур при пролёте мимо Солнца или при входе в атмосферу Земли.

Структура аэрогеля представляет собой сеть мельчайших пузырьков воздуха, каждый из которых разделён двумя гексагональными слоями нитрида бора (металлоидного элемента с валентностью три). Подобно тому, как окна с двойными рамами препятствуют потере тепла из дома зимой, этот двухслойный керамический барьер затрудняет передачу тепла от одного пузырька воздуха к другому. «Теплу очень трудно распространяться через материал вдоль слоёв нитрида бора из-за длинного и извилистого пути», — говорит Сянфэн Дуань, химик и материаловед из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.

Эксперименты демонстрируют очень высокие теплоизоляционные свойства нового материала. Фото: X. Xu Et Al/Science 2019.

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

В то время как другие керамические аэрогели могут разрушаться при резких перепадах температур или длительном воздействии тепла, новый аэрогелевый материал способен выдерживать 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 температуре 1400 °C в течение недели.

По словам Джулии Грир, материаловеда из Калифорнийского технологического института, новый материал по-прежнему мягкий и гибкий, поэтому для практического применения его, вероятно, потребуется поместить в другой, более прочный материал.