При упоминании легких материалов сразу вспоминаются разные ткани и прочие изделия, которые кажутся буквально невесомыми. Но это лишь ложное ощущение, так как у каждого вещества есть определенная масса. В таком случае интересно узнать, какой материал самый легкий?
Что такое масса и плотность?
Первым делом разберемся с понятием массы. Это величина скалярная. Другими словами, у нее нет направления. Масса является одной из характеристик тела. А именно – указывает на меру инертности.
Важно понимать, что почти у всех элементарных частиц, а также макроскопических объектов есть масса. Она напрямую зависит от того, сколько вещества содержится в объекте. Масса измеряется в килограммах и определяется только внутренними свойствами тела. Связана с такими показателями как плотность и объем. Чем они выше, тем соответственно больше масса объекта.
Интересный факт: масса и вес – не одно и то же. Тело может иметь определенную массу, но не иметь веса. Примером служит космонавт в космосе, где отсутствует гравитация.
Исходя из вышесказанного, плотность показывает отношение массы тела к тому, какой объем оно занимает. Единица измерения – кг/м3.
Аэрогели
Одним из самых легких материалов считается аэрогель. Сам по себе гель представляет структурированную систему, в которой имеются как низкомолекулярные, так и высокомолекулярные вещества. А содержится все это в трехмерном полимерном каркасе. Таким образом, гель приобретает свойства твердого тела.
Аэрогель в свою очередь – это гель, в котором заменили жидкую фазу газообразной. Для него характерна очень низкая плотность. А именно – 1-150 кг/м3. Диапазон большой, так как речь идет о целом классе материалов. Помимо всего прочего, аэрогели обладают рядом удивительных свойств:
- стойкость к высокой температуре;
- низкая теплопроводность;
- прозрачность;
- твердость и др.
Структура аэрогеля простая и сложная одновременно. Если говорить более простым языком, то он образуется из большого количества наночастиц и полостей (или пор). Получается своеобразная сетка. Размер наночастицы – от 2 до 5 нм. А полости – не более 100 нм. Чаще всего поры занимают до 99% объема материала.
Виды
На сегодняшний день разработано множество разных видов аэрогелей. К слову, право изобретения этого материала принадлежит американскому химику Стивену Кистлеру. В 1931 г. он представил результаты своих экспериментов с гелями.
Самыми распространенными считаются кварцевые аэрогели. Их плотность – 1 кг/м3. Для сравнения: плотность воздуха в 1,2 раза больше, а воды – в целых 1000 раз. Среди самых легких материалов следует выделить и металлическую микрорешетку. Это форма пенометалла плотностью до 0,9 кг/м3.
В 2012 г. команда специалистов из Гамбургского технологического университета и Кильского университета им. Х. Альбрехта изобрела аэрографит. Это пена синтетического происхождения, которая состоит из углеродных трубчатых волокон. При плотности 0,18 кг/м3 аэрографит долгое время считался самым легким материалом в мире.
Интересный факт: с 1999 по 2011 г. НАСА использовало в космосе аппарат «Стардаст». В его состав входила специальная капсула, которая в 2006 г. вернулась на Землю с образцами из хвоста кометы. 132 ячейки этой капсулы были заполнены как раз аэрогелем. За счет низкой плотности он захватывал частицы даже на высокой скорости.
Самый легкий материал в мире – графен-аэрогель
В 2013 г. китайские ученые из Чжэцзянского университета изобрели графен-аэрогель или аэрографен. Он стал новым самым легким материалом в мире: 1 м3 этого вещества весит всего 0,16 кг. С этого момента побить рекорд плотности никому не удавалось. Удивительно, но аэрографен легче воздуха в 7,5 раз.
Материал обладает высокой плотностью. Его получают на основе графена (модификация углерода) путем сублимационной сушки. В ходе этого процесса вещество не переходит в жидкое состояние, а сразу испаряется. Поры в аэрографене заполнены воздухом. Стоит отметить, что официальная масса материала указана без учета воздуха. Позже производить графен-аэрогель научились даже методом 3D-печати.
Самый легкий материал в мире — Короткий ответ mirvu.ru
Графен-аэрогель или аэрографен, изобретенный в 2013 году китайскими исследователями, является самым легким материалом в мире. Представляет собой пористое вещество на основе графена. Вес 1 м3 аэрографена составляет всего 160 г.
