Самый легкий материал в мире

Какой материал самый легкий? Интересно

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.

Связь между массой, плотностью и объемом
Связь между массой, плотностью и объемом

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.
Демонстрация свойств аэрогеля - одного из самых легких материалов
Демонстрация свойств аэрогеля — одного из самых легких материалов

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.

Готовый аэрографеновый фильтр (слева) и 3D-печать материала (справа)
Готовый аэрографеновый фильтр (слева) и 3D-печать материала (справа)

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.

Виктор Дятлов
Виктор Дятлов
Главный редактор, научный консультант редакции сайта «Мир вокруг».
Задать вопрос
Вопрос эксперту
Как используют аэрографен?
Виктор Дятлов
Точных данных о фактическом применении нет, но аэрографен имеет огромный потенциал за счет физических свойств. Например, он может впитывать и удерживать жидкость, масса которой в 1000 раз превышает его собственную. Причем жидкость затем можно легко извлечь, не повреждая структуру материала. Вариант применения – очистка вод от разливов нефти.
Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Поделиться с друзьями
Вадим Меркурьев

Эксперт и постоянный автор научно-популярного журнала "Мир Вокруг". Научный журналист, специалист в области естественных наук. Проходил стажировку в крупных иностранных компаниях по обмену опытом. Большой опыт в журналистской и редакторской работе.

Оцените автора
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
«Мир Вокруг» - Научно-популярный журнал
Подписаться
Уведомить о
guest

0 комментариев
Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии
Как используют аэрографен?
Точных данных о фактическом применении нет, но аэрографен имеет огромный потенциал за счет физических свойств. Например, он может впитывать и удерживать жидкость, масса которой в 1000 раз превышает его собственную. Причем жидкость затем можно легко извлечь, не повреждая структуру материала. Вариант применения – очистка вод от разливов нефти.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: