Американские исследователи разработали материал чрезвычайно низкой плотности на основе нанокристаллического алмаза (кратко об этом мы уже писали здесь).

Он относится к классу аэрогелей — пористых материалов, представляющих собой гель, в котором жидкая фаза полностью замещена газообразной. Полости в аэрогелях занимают бóльшую часть объёма, благодаря чему они приобретают малую плотность и низкие теплопроводность и показатель преломления. Аэрогель использовался для создания ловушки, которая захватывала космическую пыль, на космическом аппарате Stardust, но применять такой материал можно и в массовом производстве — скажем, в конструкции газовых и жидкостных фильтров.

Рис. 1. Получение аэрогеля в алмазной наковальне (иллюстрация Kwei-Yu Chu / LLNL).

Первый образец аэрогеля был представлен в далёком 1931 году, и учёные уже успели опробовать самые разные методики изготовления пористого вещества, получив, к примеру, кварцевые, углеродные и глинозёмные варианты. В своих опытах американцы использовали аэрогель на основе аморфного углерода.

Небольшую заготовку учёные поместили в так называемую алмазную наковальню — устройство, которое позволяет сильно сжимать образец, находящийся между плоскими поверхностями двух алмазов. Чтобы смоделировать естественный процесс образования алмаза из атомов углерода в недрах Земли, создаваемое давление пришлось увеличить до 20 ГПа, а температуру, повышаемую методом лазерного нагрева, — до 1 200 К. Сохранить структуру аэрогеля при таком давлении помог неон, который заполнил поры в материале, а на отметке в 5 ГПа превратился в твёрдое вещество.

Рис. 2. Общий вид алмазной наковальни.

Плотность полученного алмазного аэрогеля составила около 40 кг/м³. Плотность сухого воздуха на уровне моря не слишком сильно отличается от этой величины и равна 1,225 кг/м³.

Синтезированные образцы алмазного аэрогеля имеют микрометровые размеры. Сейчас авторы пытаются определить минимальные давление и температуру, необходимые для «трансформирования» аморфной структуры в кристаллическую, и найти более практичную методику изготовления материала.

Основные стадии синтеза алмазного аэрогеля:

Рис. 3. Алмазный аэрогель под сканирующим электронным микроскопом (иллюстрация авторов работы).

Полная версия отчёта будет опубликована в статье:

Peter J. Pauzauskie, Jonathan C. Crowhurst, Marcus A. Worsley, Ted A. Laurence, A. L. David Kilcoyne, Yinmin Wang, Trevor M. Willey, Kenneth S. Visbeck, Sirine C. Fakra, William J. Evans, Joseph M. Zaug and Joe H. Satcher, Jr. Synthesis and characterization of a nanocrystalline diamond aerogel. – Proceedings of the National Academy of Sciences. – Published online May 9, 2011; doi: 10.1073/pnas.1010600108.