Аэрографен как основа КТС "Орион 2"
Оригинал взят у tvirian в Аэрографен
Аэрографит вытеснен с позиции самого лёгкого твёрдого вещества новой формой аэрогеля.
Исследование аэрогелей продолжается и учёные постоянно создают всё более невесомые его разновидности. В 1931 году был синтезирован аэрогель на основе карбоновых нанотруб. Плотность этого вещества составляет 4 миллиграмма на кубический сантиметр. Более 80 лет он считался самым лёгким из твёрдых веществ. На смену ему пришёл силикатный аэроглель (о котором уже как-то было рассказано здесь). Вещество, 1 кубический сантиметр которого весит 1 мг, заняло сразу 15 позиций в книге рекордов Гиннесса, а за свой голографический врешний вид получило название "замороженный дым". Позже в этой гонке его опередили металлические микрорешетки с плотностью 0,9 мг/см3, но и они вскоре были вытеснены с пьедестала аэрографитом (0,18 мг/см3).
Металлические микрорешетки и аэрографит
Аэрографит удерживал титул самого легкого материала в последние годы. Он легче воздуха в шесть раз, один кубический сантиметр этого вещества весит 0,18 миллиграмма. Когда аэрографит был официально задокументирован и признан - это действительно было великое открытие. Но, триумф оказался недолог.
В этом месяце группа ученых из китайского университета Чжецзян смогла побить рекорд легкости, установленый аэрографитом. Новое открытие - это пористая субстанция, состоящая из графена и углеродных нанотруб, получаемая в результате сублимационной сушки их раствора. Материал получил название «графен-аэрогель». Его плотность - 0,16 мг/см3. Это в два раза больше плотности водорода и в семь с половиной раз меньше плотности воздуха.
Если кого-то беспокоит, почему все эти славные вещества при таком весе не улетают, можете успокоить себя тем же, чем и я. Мне это тоже показалось странным или, во всяком случае, контринтуитивным, но так говорил каждый ресурс, писавший об этих аэрогелях. К тому же, в Вики тоже такие показатели. Плотность воздуха - 1,2 мг/см3, плотность героя сюжета - 0,16. Устав перепроверять, я успокоила себя тем, что аэрогели пористые и при подсчёте плотности явно исключили вес воздуха внутри них. Так, вес кубического сантиметра металлической микрорешетки без воздуха - 0,9. С воздухом - 2,2 мг. Кажется, сошлось. Фух.
По словам одного из ведущих исследователей, метод сублимационной сушки также делает возможным массовое, а не лабораторное производство аэрографена.
Ужасненькое видео о нём:
Теперь, когда весь мир узнал о создании нового самого легкого материала, предлагаются множество идей его использования. Одна из самых популярных идей - это очистка разливов нефти. Графен-аэрогель сможет поглощать в себя нефть и воду в количестве, превышающий свой вес в 900 раз. А также поглощенные нефть и вода, и сам графен-аэрогель, могут быть использованы заново в дальнейшем. Исследователи трудятся усердно над дальнейшей разработкой материала и возможностями его применения.
Источники:
http://spectrum.ieee.org/nanoclast/semiconductors/nanotechnology/carbon-aerogel-supersponge-could-soak-up-oil-spills
http://www.cnet.com.au/graphene-aerogel-is-the-new-worlds-lightest-substance-339343765.htm
http://www.gizmonews.ru/2013/03/31/poyavilsya-novyj/
Отсебятина.
Этот материал я опубликовал в рамках разъяснения технологических основ транспортной системы "Орион 2". Здесь в качестве материала для создания пропеллентных потоков или разгонных треков желательно иметь вещество очень низкой плотности (твердый дым). Не обязательно, но было бы лучше с таким веществом. Сегодня графен-аэрогель еще дорог, но завтра цены на него могут обрушиться, ведь сказано: "метод сублимационной сушки также делает возможным массовое, а не лабораторное производство аэрографена". Поэтому берем на учет новый продукт и ждем. А пока в планах фигурируют простые и надежные пены высокой кратности на основе водных растворов или безводных быстро застывающих пластмасс.
На основе водных растворов могут быть получены пены с кратность больше 1000 единиц. Все пены характеризуются кратностью, под которой понимается отношение объема пены к объему воды и пенообразователя. Пены имеют низкую, среднюю и высокую кратность с отношением 10:1, 50:1-150:1, 1000:1 соответственно. Физически кратность пены это отношение объема вспененного раствора (пенный концентрат + вода + воздух) к первоначальному объему подготовленного пенного раствора (пенный концентрат + вода). Например, вы подготовили 1 литр пенного раствора из пенного концентрата 6% (60 грм пенного концентрата + 940 грм воды) и применили этот раствор через пенный лафетный ствол. После применения получили 100 л объема пены. Итого кратность вашего пенного концентрата составила 100:1 = 100 единиц.
Чем ниже плотность пропеллентного потока, который разгоняет космический корабль, тем меньше давление на сублимационный экран, воспринимающий давление, тем проще и надежнее работа кинетического двигателя. Если основу потока составляет аэропластик с плотностью 1 кг/м3, то при скорости потока равной 10 тыс. м/с давление на экран составит 510 атм. А если использовать графен-аэрогель, то при этой же скорости давление составит всего 100 атм. в начале разгона и всего 3 атм. в конце. Углерода в Солнечной системе много - это кометное и астероидное вещество, атмосферы Марса и Венеры. Поэтому, как мне видится, у этого материала хорошие перспективы для применения в кинетических системах разгона космических кораблей.
На закуску приведу три слайда из презентации проекта на Королёвских чтениях в 2013 году.
UPD. Прислали ссылку на новый недорогой метод производства графена: http://delta.tudelft.nl/article/making-graphene-affordable/29377
“Now a single piece of graphene costs about €1,000”, said Zhu. “We expect to reduce the price by a factor of thousand to about €1 per piece in a few years.”
Это хорошо, но в ближайшем будущем для создания разгонных треков будем пользоваться генераторами капельных потоков с плотностью 1 грамм на кубометр. Это гарантированно дешевле.
Аэрографит вытеснен с позиции самого лёгкого твёрдого вещества новой формой аэрогеля.
Исследование аэрогелей продолжается и учёные постоянно создают всё более невесомые его разновидности. В 1931 году был синтезирован аэрогель на основе карбоновых нанотруб. Плотность этого вещества составляет 4 миллиграмма на кубический сантиметр. Более 80 лет он считался самым лёгким из твёрдых веществ. На смену ему пришёл силикатный аэроглель (о котором уже как-то было рассказано здесь). Вещество, 1 кубический сантиметр которого весит 1 мг, заняло сразу 15 позиций в книге рекордов Гиннесса, а за свой голографический врешний вид получило название "замороженный дым". Позже в этой гонке его опередили металлические микрорешетки с плотностью 0,9 мг/см3, но и они вскоре были вытеснены с пьедестала аэрографитом (0,18 мг/см3).
Металлические микрорешетки и аэрографит
Аэрографит удерживал титул самого легкого материала в последние годы. Он легче воздуха в шесть раз, один кубический сантиметр этого вещества весит 0,18 миллиграмма. Когда аэрографит был официально задокументирован и признан - это действительно было великое открытие. Но, триумф оказался недолог.
В этом месяце группа ученых из китайского университета Чжецзян смогла побить рекорд легкости, установленый аэрографитом. Новое открытие - это пористая субстанция, состоящая из графена и углеродных нанотруб, получаемая в результате сублимационной сушки их раствора. Материал получил название «графен-аэрогель». Его плотность - 0,16 мг/см3. Это в два раза больше плотности водорода и в семь с половиной раз меньше плотности воздуха.
Если кого-то беспокоит, почему все эти славные вещества при таком весе не улетают, можете успокоить себя тем же, чем и я. Мне это тоже показалось странным или, во всяком случае, контринтуитивным, но так говорил каждый ресурс, писавший об этих аэрогелях. К тому же, в Вики тоже такие показатели. Плотность воздуха - 1,2 мг/см3, плотность героя сюжета - 0,16. Устав перепроверять, я успокоила себя тем, что аэрогели пористые и при подсчёте плотности явно исключили вес воздуха внутри них. Так, вес кубического сантиметра металлической микрорешетки без воздуха - 0,9. С воздухом - 2,2 мг. Кажется, сошлось. Фух.
По словам одного из ведущих исследователей, метод сублимационной сушки также делает возможным массовое, а не лабораторное производство аэрографена.
Ужасненькое видео о нём:
Click to viewТеперь, когда весь мир узнал о создании нового самого легкого материала, предлагаются множество идей его использования. Одна из самых популярных идей - это очистка разливов нефти. Графен-аэрогель сможет поглощать в себя нефть и воду в количестве, превышающий свой вес в 900 раз. А также поглощенные нефть и вода, и сам графен-аэрогель, могут быть использованы заново в дальнейшем. Исследователи трудятся усердно над дальнейшей разработкой материала и возможностями его применения.
Источники:
http://spectrum.ieee.org/nanoclast/semiconductors/nanotechnology/carbon-aerogel-supersponge-could-soak-up-oil-spills
http://www.cnet.com.au/graphene-aerogel-is-the-new-worlds-lightest-substance-339343765.htm
http://www.gizmonews.ru/2013/03/31/poyavilsya-novyj/
Отсебятина.
Этот материал я опубликовал в рамках разъяснения технологических основ транспортной системы "Орион 2". Здесь в качестве материала для создания пропеллентных потоков или разгонных треков желательно иметь вещество очень низкой плотности (твердый дым). Не обязательно, но было бы лучше с таким веществом. Сегодня графен-аэрогель еще дорог, но завтра цены на него могут обрушиться, ведь сказано: "метод сублимационной сушки также делает возможным массовое, а не лабораторное производство аэрографена". Поэтому берем на учет новый продукт и ждем. А пока в планах фигурируют простые и надежные пены высокой кратности на основе водных растворов или безводных быстро застывающих пластмасс.
На основе водных растворов могут быть получены пены с кратность больше 1000 единиц. Все пены характеризуются кратностью, под которой понимается отношение объема пены к объему воды и пенообразователя. Пены имеют низкую, среднюю и высокую кратность с отношением 10:1, 50:1-150:1, 1000:1 соответственно. Физически кратность пены это отношение объема вспененного раствора (пенный концентрат + вода + воздух) к первоначальному объему подготовленного пенного раствора (пенный концентрат + вода). Например, вы подготовили 1 литр пенного раствора из пенного концентрата 6% (60 грм пенного концентрата + 940 грм воды) и применили этот раствор через пенный лафетный ствол. После применения получили 100 л объема пены. Итого кратность вашего пенного концентрата составила 100:1 = 100 единиц.
Чем ниже плотность пропеллентного потока, который разгоняет космический корабль, тем меньше давление на сублимационный экран, воспринимающий давление, тем проще и надежнее работа кинетического двигателя. Если основу потока составляет аэропластик с плотностью 1 кг/м3, то при скорости потока равной 10 тыс. м/с давление на экран составит 510 атм. А если использовать графен-аэрогель, то при этой же скорости давление составит всего 100 атм. в начале разгона и всего 3 атм. в конце. Углерода в Солнечной системе много - это кометное и астероидное вещество, атмосферы Марса и Венеры. Поэтому, как мне видится, у этого материала хорошие перспективы для применения в кинетических системах разгона космических кораблей.
На закуску приведу три слайда из презентации проекта на Королёвских чтениях в 2013 году.
UPD. Прислали ссылку на новый недорогой метод производства графена: http://delta.tudelft.nl/article/making-graphene-affordable/29377
“Now a single piece of graphene costs about €1,000”, said Zhu. “We expect to reduce the price by a factor of thousand to about €1 per piece in a few years.”
Это хорошо, но в ближайшем будущем для создания разгонных треков будем пользоваться генераторами капельных потоков с плотностью 1 грамм на кубометр. Это гарантированно дешевле.