Nový extrémní aerogel. Kredit: X. Xu & X. Duan.

Nad některými novými materiály zůstává rozum stát. V tom nejlepším smyslu slova. Takovým zázrakem je i nový keramický aerogel, který stvořil tým Kalifornské univerzity v Los Angeles (UCLA) a řady dalších výzkumných institucí. Je extrémně lehký a zároveň extrémně odolný. V budoucnu by se mohl využívat ve vesmírných misích, protože právě taková kombinace vlastností se kosmickým inženýrům líbí. Výzkum týmu, který vedl Xiangfeng Duan, v těchto dnech uveřejnil časopis Science.

Xiangfeng Duan, Kredit: X. Duan / CNSI.

Keramické aerogely nejsou úplně nové. Ve skutečnosti se používají k izolaci průmyslových zařízení už od devadesátých let a uplatnily se i ve vesmíru, například jako izolace vědeckých přístrojů na amerických roverech, které vyrazily na Mars. Nový materiál je ale proti těm stávajícím opravdový superaerogel. Je ještě mnohem lehčí a zároveň mnohem odolnější vůči extrémnímu žáru i opakovanému extrémnímu ohřívání. Díky své unikátní struktuře je také na podobné materiály neobvykle pružný.

Když se tenhle nový keramický aerogel zahřeje, tak se na rozdíl od ostatních keramických materiálů neroztáhne, nýbrž naopak zmenší. Díky svým pozoruhodným vlastnostem je dotyčný nový materiál mnohem ohebnější a méně křehký, v porovnání s nejlepšími současnými keramickými aerogely. Může být stlačen do objemu o 5 procentech původní velikosti a pak se opět vrátí do výchozí podoby. Jiné keramické aerogely si o tom mohou tak akorát nechat zdát.

Nový aerogel zblízka. Kredit: Oszie Tarula / UCLA.

Aerogely bývají tvořené z více než 99 procent prázdným prostorem, tedy vzduchem. Přesto jsou ale nejen lehké, ale vzhledem ke své váze také velice pevné. Mohou být vytvořeny z celé řady různých materiálů, včetně uhlíku, oxidů kovů nebo třeba právě keramiky. Keramické aerogely jsou v porovnání s jinými izolátory skvělé ve výdrži proti vysokým teplotám. Rovněž jsou vysoce odolné proti ohni a také korozi. Tohle všechno keramické aerogely favorizuje jako materiál pro opakovaně používané kosmické technologie. Problém je v tom, že dosavadní keramické aerogely jsou velmi křehké a mají nepříjemný sklon praskat po opakovaných prudkých a dramatických změnách teploty. Což by se při letech do vesmíru docela snadno mohlo stát.

Nový keramický aerogel má pozoruhodnou strukturu, kterou tvoří tenké vrstvy nitridu bóru, s atomy propojenými do šestiúhelníkových vzorů, připomínajících drátěné pletivo. Takový materiál vydrží skutečné extrémy. Třeba několik set cyklů extrémních změn teploty, mezi mínus 198 °C a plus 900 °C, k nimž dojde během pár sekund. V jiném testu nový aerogel vydržel prakticky bez úhony jeden týden v 1 400 stupních Celsia. Klíčem k ďábelské výdrži nového aerogelu je jeho vnitřní struktura, která tlumí šoky vyvolávané působením extrémních teplot a jejich změn.

Podle Duana je jejich výrobní postup docela univerzální. S trochou snahy by ho prý bylo možné adaptovat pro výrobu podobných ultralehkých a odolných materiálů. Takové materiály by se mohly stát pokročilou tepelnou izolací pro kosmické lodě, automobily a další zařízení. Také by prý mohly být užitečné pro ukládání tepelné energie, katalyzátory nebo pro filtraci.

Video:  Making Aerogels With a Hot Press: Tour of the Union College Aerogel Laboratory


Literatura
UCLA 14. 2. 2019, Science 363: 723–727.