Исследователи из США превратили обычный аэрогель, состоящий из аморфных частиц, в аэрогель, содержащий наноалмазы просто приложив к аморфным частицам повышенные давление и температуру в присутствии неона. Исследователи надеются, что разработанная ими методика может оказаться полезной для получения кристаллических аэрогелей новых типов.

Аэрогели представляют собой материалы с невысокой плотностью и пористым строением, их получают, замещая входящую в состав жидкость на газ. Питер Паузауски (Peter Pauzauskie) отмечает, что уже получено значительное количество аэрогелей на основе аморфных материалов, однако зачастую такие аэрогели не обладают хорошей электрической проводимостью или оптическими свойствами благодаря своей структуре.

Один из главных вопросов заключается в том, чтобы, сохранив низкую плотность аэрогелей наряду с их механической прочностью, изменив при этом состояние твердой фазы с аморфного до кристаллического.

Рис. 1. Изображение алмазного аэрогеля,
полученное с помощью сканирующей электронной
микроскопии. (Рисунок из Proc. Natl. Acad. Sci., 2011,
DOI/10.1073/pnas.1010600108).

Исследователи получили новую структуру, сжав аэрогель из аморфного углерода с помощью ячейки – «алмазной наковальни», состоящей из двух поверхностей алмаза, между которыми может создаваться давление, большее, чем 20 ГПа. Превращение аэрогеля было инициировано с помощью нагревания ячейки лазером до температур выше 1200K. Паузауски отмечает, что высокое давление и высокая температура, приложенные к аморфному аэрогелю в ходе эксперимента моделировали условия в недрах Земли, в которых возможен самопроизвольный переход графитовых отложений в алмазы.

Главная же проблема заключалась не в превращении аморфного углерода в алмазы, а в том, чтобы в процессе трансформации не произошло слипание частичек аэрогеля. Чтобы это не произошло, исследователи заполнили поры между частицами аэрогеля сверхкритическим неоном. При давлении выше 5 ГПа неон переходил в твердое состояние, сохраняя структуру аэрогеля.

Хотя с помощью алмазной наковальни можно получать системы размером не более нескольких микрометров, Паузауски считает, что образование в условиях эксперимента наноалмазов позволяет говорить о возможности преобразования аморфных аэрогелей в аэрогели кристаллические.

Тем не менее, исследователи пока еще не определили, какая минимальная температура и минимальное давление необходимо для преобразования аморфного аэрогеля в кристаллический. Ответ на этот вопрос сделает возможным разработать процессы для получения нужных аэрогелей в промышленных масштабах. Исследователи надеются также, что разработанная ими методика может оказаться полезной для получения и других аэрогельных систем.

Андреа Феррари (Andrea Ferrari), специалист по углеродным наноструктурам из Университета Кембриджа отмечает, что работа Паузауски весьма интересна, главным образом потому что исследователям удалось сохранить структуру аэрогеля, изменив фазовое состояние образующих его твердых частиц. По словам Феррари, предложенный метод открывает новые перспективы получения кристаллических аэрогельных систем, но до непосредственного практического применения требуется решение еще многих задач.