Ученые описали процесс получения силоксановых аэрогелей — материалов, на 99% состоящих из воздуха. Они востребованы в разных отраслях: от доставки лекарств до теплоизоляции космических кораблей. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в научном журнале Macromolecular Rapid Communications.
Силоксановые аэрогели содержат атомы кремния и кислорода. Их легкость и пористость делают их незаменимыми в авиакосмической и строительной отраслях, а также при создании поглотителей вредных газов. Синтез материалов обычно происходит методом золь-гель перехода: под действием катализатора жидкая смесь превращается в золь, а затем затвердевает в гель. Контролировать этот процесс для получения нужных характеристик сложно.
Коллектив ученых из московских институтов (ИНЭОС РАН, ИОХ РАН и ИНХС РАН) впервые исследовал механизм всех фазовых переходов в рамках одной реакционной смеси. В пресс-службе РНФ пояснили, что для этого они «замораживали» смесь при температуре -80 °C на разных этапах и изучали ее структуру. Благодаря этому удалось проследить полную цепочку превращений. Сначала молекулы образовывали ветвящиеся цепочки, затем они собирались в наночастицы, которые позже связывались в прочную трехмерную сетку — гель. После удаления растворителей получили готовый аэрогель.
Ученые подчеркивают, что важную роль в описанном процессе играет катализатор. Сначала он помогает сшивать молекулы в цепочки и наночастицы, а затем ускоряет образование прочных связей между наночастицами, создающими каркас аэрогеля
Предложенный подход можно использовать для изучения других сложных и многофазных процессов. Понимая роль промежуточных соединений на каждой стадии этой реакции, мы сможем создавать аэрогели с заранее заданными свойствами, в частности, пористостью и прочностью. Этого можно добиться, например, меняя количество катализатора, воды и растворителя, а также температуру проведения реакции на определенном этапе. В дальнейшем мы планируем применить эти знания для получения отталкивающих воду и гибких стабильных аэрогелей
Знание тонкостей синтеза открывает путь к созданию новых материалов с улучшенными характеристиками для медицины, химической и космической отраслей.
Ранее химики создали стабильный материал-конструктор для датчиков.
