Физики создали нанокристаллический аэрогель на основе углерода, структура которого напоминает алмаз, а плотность всего в 40 раз больше плотности воздуха. Ученые описали новый материал в статье в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, а коротко их результаты приведены в пресс-релизе Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса.
Аэрогелями называют материалы, структура которых напоминает гель, у которого жидкая фаза заменена на газообразную. Такие материалы, обладая очень низкой плотностью, могут быть при этом весьма твердыми и прочными. Благодаря своим свойствам аэрогели считаются перспективными материалами для использования в научной деятельности и в промышленности. Например, аэрогели применялись в «ловушке» аппарата Stardust, который собрал вещество кометы 81P/Вильда.
Авторы новой работы создавали аэрогель из фрагмента аморфного углерода, который помещался в алмазную наковальню — устройство, которое позволяет сжимать находящийся в нем образец до чрезвычайно высоких давлений. Для сжатия используются два алмаза, которые сдвигаются, оказывая давление на образец. В данной работе физики сжимали фрагмент аэрогеля на основе углерода нагретый до 1,2 тысячи градусов Цельсия до давления 200 тысяч атмосфер. Такие условия имитируют условия в недрах Земли, при которых происходит превращение аморфного углерода в алмаз. В данном случае также произошла перестройка кристаллической решетки углерода. Видео, на котором представлены детали процесса, можно посмотреть тут.
Для того чтобы сохранить структуру аэрогеля, ученые, перед тем, как начать сжатие, заполнили его поры инертным газом неоном. При огромных давлениях, достигнутых в ходе эксперимента, неон перешел в состояние твердого тела и не дал материалу разрушиться.
В ближайшее время авторы планируют разработать более простую и пригодную для промышленного применения методику получения алмазных аэрогелей — способ с использованием алмазной наковальни позволяет получать фрагменты аэрогелей микрометровых размеров.