Новости химической науки > Новые композитные аэрогели целлюлоза/силикагель

Нежный и прозрачный как дуновение воздуха, но при этом устойчивый к механическим повреждениям, гибкий и обладающий восхитительными теплоизолирующими свойствами – таковы свойства нового аэрогеля, полученного из целлюлозы и силикагеля. Исследователи из группы Цзе Цая (Jie Cai) продемонстрировали новый материал, который содержит большое количество воздуха.

Гели представляют собой структурированные дисперсные системы. Наличие трёхмерного каркаса придает гелям механические свойства твёрдых тел, такие как отсутствие текучести, способность сохранять форму, прочность и способность к деформации. Знакомые нам на бытовом уровне гели, как правило, представляют собой гели, каркас которых образован полимерными или поверхностно-активными соединениями, которые заполнены низкомолекулярной жидкостью – водой.

Аэрогель представляет собой дисперсную систему, содержащую воздух вместо жидкости. Например, аэрогели, на основе диоксида кремния могут содержать до 99.98 % пор, заполненных воздухом. Материалы такого типа похожи на застывший дым – они прозрачны и легки. Помимо прочего такие материалы негорючи и отличаются крайне низкой теплопроводностью даже при высоких температурах, что, например, в свое время, привело к тому, что аэрогели использовались в качестве компонентов теплоизоляции шаттлов. Большая внутренняя поверхность аэрогелей потенциально может применяться в качестве носителя для катализаторов или фармацевтических материалов. Аэрогели на основе оксида кремния нетоксичны и безопасны для окружающей среды.

Рисунок из Angew. Chem. Int. Ed., 2012, DOI: 10.1002/anie.201105730

Практическое применение аэрогелей на основе оксида кремния, однако, затруднено из-за их чрезвычайной хрупкости. В качестве элементов, способных увеличить прочность аэрогелей на основе оксида кремния исследователи рассматривали синтетические полимеры, а также природные – например, целлюлозу.

Исследователи из Университета Вухань и Университета Токио получили новый композитный аэрогель из целлюлозы и диоксида кремния. Получение аэрогеля было начато с обработки целлюлозы щелочным раствором мочевины, что приводило к растворению целлюлозы и ее регенерации в виде нанофибриллярного геля. Этот целлюлозный гель на следующем этапе играет роль шаблонов для получения силикагеля в холе процесса золь-гель, в ходе которого растворенный органосиликатный Tкремнийорганический прекурсор, который подвергается поперечной сшивке, после чего осаждается на поверхности нановолокон целлюлозы. На заключительном этапе композитный гель, содержащий жидкость, просушивают сверхкритическим диоксидом углерода и получают аэрогель.

Новый композитный аэрогель демонстрируют интересную комбинацию полезных свойств: механической стабильности, гибкости и низкой теплопроводности, полупрозрачности и совместимостью с биологическими материалами. При необходимости целлюлозная составляющая аэрогелем может быть удалена выжиганием.

Исследователи оптимистично полагают, что разработанный ими новый метод может стать стартовой точкой для синтеза многих новых пористых материалов с превосходными свойствами – новый метод достаточно прост, а свойства образующихся в результате аэрогелей могут быть достаточно легко подстроены.

Источник: Angew. Chem. Int. Ed., 2012, DOI: 10.1002/anie.201105730

метки статьи: #нанотехнологии, #неорганическая химия, #новые материалы, #физическая химия, #химия полимеров