Учёные создали сверхэластичные аэрогели с куполообразной структурой для космических применений

Механические свойства аэрогелей с куполообразными ячейками. Автор: Science (2025). DOI: 10.1126/science.adw5777

Новая коллекция ультралёгких аэрогелей с куполообразными ячейками демонстрирует выдающуюся эластичность и механическую устойчивость даже при экстремальных температурах от 4,2 кельвина (K) до 2273 K. Эти материалы обладают высокой пористостью и крайне низкой плотностью.

В исследовании, опубликованном в журнале Science, учёные представили 194 вида аэрогелей, содержащих более 30 различных элементов, включая 121 оксид, 38 карбидов и 35 металлических видов.

Куполообразная структура гидрогеля, вдохновлённая биологическими и архитектурными решениями, была создана с использованием техники 2D-химии в ограниченном пространстве с применением оксида графена (GO) в качестве исходного материала. Эта уникальная геометрия обеспечивает превосходную несущую способность и механическую стабильность, позволяя накапливать больше энергии упругой деформации по сравнению с традиционными структурами.

Учёные разработали коллекцию аэрогелей, сохраняющих эластичность при экстремальных температурах. Автор: Science (2025). DOI: 10.1126/science.adw5777

Аэрогели были изобретены ещё в начале 1900-х годов как результат научного спора о возможности удаления жидкости из желе без уменьшения его объёма. Эти синтетические ультралёгкие материалы, обычно получаемые из кремнезёма, содержат от 50% до 99,98% воздуха по объёму и нашли применение в теплоизоляции, доставке лекарств, накоплении энергии и других областях. Однако традиционные аэрогели страдают от механической хрупкости и низкой эластичности.

Чтобы преодолеть эти ограничения, исследователи разработали аэрогели с выдающейся суперэластичностью — они выдерживают 99% деформации на протяжении 20 000 циклов и демонстрируют исключительную термостойкость при 2273 K в более чем 100 циклах.

Процесс создания таких аэрогелей включает три основных этапа: захват ионов, формирование пузырьков и термическую обработку. Сначала плёнки GO пропитывают солевыми растворами, затем добавляют вспенивающий агент для создания куполообразных пузырьков, и наконец подвергают материал термической обработке для удаления GO и формирования конечного аэрогеля.

2D-химия на основе графена для создания куполообразных аэрогелей. Автор: Science (2025). DOI: 10.1126/science.adw5777

Особое внимание учёные уделили взаимосвязи куполообразных ячеек, что обеспечивает эффективное распределение нагрузки по всей сети и повышает общую эластичность материала.

Исследователи считают, что превосходные физические свойства этих аэрогелей делают их идеальными кандидатами для требовательных термомеханических применений — от теплоизолированных промышленных систем до экстремальных условий глубокого космоса.

Дополнительная информация: Kai Pang et al, Dome-celled aerogels with ultrahigh-temperature superelasticity over 2273 K, Science (2025). DOI: 10.1126/science.adw5777