Аэрогели представляют собой легкие высокопористые материалы с уникальными свойствами. Благодаря низкой плотности и теплопроводности, сочетающимся с высокой твердостью и прозрачностью, аэрогели перспективны для изготовления теплоизоляционных материалов, а также материалов для различных медицинских целей.

Как с помощью аэрогелей можно ловить звездную пыль и останавливать кровотечения? Почему самая эффективная теплоизоляция получается из аэрогелей и как ученые смогли запустить такое производство? Что такое сверхкритическая сушка? Рассказывает Наталья Васильевна Меньшутина – профессор, доктор технических наук, руководитель Международного центра трансфера фармацевтических и биотехнологий Российского химико-технологического университета имени Д.И. Менделеева.

— Аэрогели называют застывшим дымом. Насколько эта метафора справедлива? И что собой в действительности представляют аэрогели?

— Да, действительно, аэрогель — это новый класс материалов, которые иногда сравнивают с застывшим дымом, поскольку это необыкновенно легкий материал с высокопористой структурой. Плотность материала достигает трех килограмм на метр кубический. А внутренняя поверхность — примерно тысячу квадратных метров на 1 грамм. То есть фактически, разворачивая один грамм аэрогеля, мы можем покрыть футбольное поле.

За счет чего достигается такая пористая структура и большая площадь внутренней поверхности? Аэрогель создается с помощью золь-гель технологии получения пористых или монолитных химических продуктов, а также сверхкритической сушки. Сверхкритическая сушка — это процесс удаления жидкости точным и контролируемым способом, совершенно новая технология, которая зародилась в конце ХХ века и активно развивалась с 2000-х годов. В процессе создания аэрогеля используется, как говорят специалисты, сверхкритический флюид. Иногда его называют четвертым состоянием вещества. Сверхкритические флюиды обладают свойствами как газа, так и жидкости. Подобные смешанные свойства позволяют создавать уникальные материалы, в том числе сохранять пористую структуру при создании аэрогеля.

Отмечу, что при обычной тепловой сушке или любой другой обработке материалов пористая структура как бы схлопывается. Вспомните сушеную дольку яблока — она вся сморщенная за счет того, что при тепловой обработке все поры, заполненные жидкостью, схлопываются. Если же мы будем сушить кусочек яблока в сверхкритической сушке, то оно останется таким же, как если бы мы его только что отрезали от яблока.

Пористая структура аэрогеля образована молекулярными кластерами или глобулами. Размер глобул составляет около четырех нанометров. Если при создании аэрогелей используются полимеры природного происхождения, то тогда мы получаем волокнистую структуру. В аэрогелях поры имеют размер от 2 до 50 нанометров. Можно добиться узкого распределения пор по размерам, что важно для решения широкого спектра задач.

Итак, аэрогель — это необыкновенно пористый и легкий материал.

— На основе каких веществ создаются аэрогели?