Марк Медовник - Из чего это сделано? Удивительные материалы, из которых построена современная цивилизация

«Остается лишь выпустить газ, и мы получим сплошной аэрогель с неизмененным объемом».

Только теперь Кистлер позволяет газу медленно исчезнуть, не причинив вреда каркасу и не нарушив объем желе. Таким образом, он доказал свою гипотезу.

Внутренний каркас желе

Должно быть, это был миг глубочайшего удовлетворения. Но Кистлер на этом не остановился. Полученные каркасы были невероятно легкими и хрупкими и состояли почти сплошь из воздуха. Фактически они были пеной. Кистлер придумал желе с внутренним каркасом из диоксида кремния – главного компонента стекла. С помощью вышеописанного процесса он получил кварцевый аэрогель, самый легкий твердый материал в мире. Именно этот материал я мельком увидел в научной лаборатории в пустыне много лет назад.

Кварцевый аэрогель, самый легкий твердый материал в мире, на 99,8 % состоящий из воздуха

Не довольствуясь этим достижением, Кистлер создал еще ряд аэрогелей, которые перечислил в своей статье:

«Пока что нам удалось получить аэрогели на основе кварца, алюминия, тартрата никеля, оксида олова, оксида вольфрама, желатина, агара, нитроцеллюлозы, целлюлозы и яичного белка, и мы не видим причины, по которой этот список нельзя продолжать бесконечно».

Заметьте, несмотря на успех с аэрогелем из кварца, Кистлер не устоял перед соблазном использовать яичный белок. Пока весь мир взбивал омлеты и бисквитное тесто, он занялся кулинарией иного рода: готовил в автоклаве яичный аэрогель – легчайшую меренгу в мире.

Кварцевый аэрогель выглядит чрезвычайно странно. На темном фоне (см. фото) он кажется голубоватым, но на светлом фоне его почти не видно. Он даже более невидим, чем обычное стекло, хотя стекло прозрачнее. Проходя сквозь стекло, луч света немного смещается за счет преломления света в стекле (степень смещения луча света определяется коэффициентом преломления стекла). В случае с аэрогелем, поскольку в нем просто меньше вещества, свет практически не преломляется. По этой же причине на его поверхности нет и намека на отражение, причем из-за крайне низкой плотности края аэрогеля размыты и сам он выглядит каким-то не совсем твердым, что, конечно же, неверно. По структуре внутренний каркас геля напоминает мыльную пену, с одним важным отличием: в аэрогеле пустоты внутри «пузырьков» взаимосвязаны. В кварцевом аэрогеле так много пустот, что обычно он на 99,8 % состоит из воздуха, его плотность всего в три раза превышает плотность воздуха и он почти невесом.

В то же время на темном фоне кварцевый аэрогель имеет отчетливый голубоватый оттенок, хотя должен быть совершенно бесцветным, коль скоро сделан из прозрачного стекла. Многие годы ученые искали причину этого явления, и она оказалась не менее удивительной, чем сам материал.

Когда солнечный свет попадает в земную атмосферу, его частицы (кванты) сталкиваются с молекулами различных веществ (главным образом азота и кислорода) и отскакивают от них, подобно шарикам для пинг-понга. Это называется рассеянием, и когда вы смотрите на небо в ясный день, вы видите свет, частицы которого, прежде чем достичь ваших глаз, многократно изменили свой путь, отскакивая от молекул в атмосфере. Если бы весь свет рассеивался одинаково, небо казалось бы белым. Но свет с меньшей длиной волны (голубой) рассеивается сильнее, чем свет с большей (красный и желтый), поэтому у неба голубой цвет.

Такое рассеяние называется рэлеевским. Оно весьма слабое, и чтобы его увидеть, требуется огромное количество молекул газа. В небе их достаточно, а в обычной комнате – нет. Иными словами, отдельные маленькие фрагменты неба не выглядят голубыми, но вся атмосфера имеет именно такой цвет. Однако если небольшая порция воздуха замкнута внутри прозрачного материала с миллиардами крошечных внутренних граней, рэлеевского рассеяния хватит, чтобы изменить цвет любого луча, падающего снаружи. У кварцевого аэрогеля именно такая структура – вот почему он голубой. Аэрогель у вас на ладони – маленький кусочек неба.

Пористые аэрогели обладают рядом интересных свойств, самое замечательное из которых – термоизоляция, то есть способность защищать от высоких температур.

Кварцевый аэрогель защищает цветок от пламени бунзеновской горелки