Termin aerożel - choć brzmi niezwykle naukowo i nowocześnie - określa grupę materiałów o bardzo małej gęstości, których głównym komponentem jest powietrze. W skład wchodzi również mały, kilkuprocentowy dodatek porowatego materiału, który utrzymuje trójwymiarową strukturę powietrznego żelu. Najbardziej znanym przykładem aerożelu są wszelkiego rodzaju naturalne i syntetyczne gąbki oraz pianki.

Aerożel da się zrobić praktycznie ze wszystkiego, w tym między innymi z amorficznego węgla, którego trójwymiarowa struktura wypełniona jest - jak to w aerożelu - powietrzem. Dzięki użyciu węgla uzyskuje się materiał o dobrych właściwościach elektrycznych, ale za to kiepskich cechach optycznych.

Mając w pamięci, że jedyną "przezroczystą" formą węgla są diamenty, naukowcy z Lawrence Livermore National Laboratory (USA) postanowili przetworzyć amorficzny węgiel w diamenty. Żeby było trudniej, proces transformacji przeprowadzono z użyciem amorficznych aerożeli, czyli lekkich jak puch i dość delikatnych jednak trójwymiarowych struktur wypełnionych powietrzem.

Ponieważ zamiana węgla w diament nie jest prostym procesem, konieczne było wykorzystanie diamentowego kowadełka, na którym ściskano do granic wytrzymałości próbkę węglowego powietrznego żelu. Użyte ciśnienie było niebagatelne - 20 GPa. Do całkowitego przeprowadzenia reakcji wytworzenia z węgla nanodiamentów konieczne było dodatkowe podgrzanie silnym laserem aerożelu do temperatury ponad 1200K, co odpowiada około 926 stopni Celsjusza.

Nie trudno sobie wyobrazić, że w tych warunkach fizykochemicznych niewiele materiałów pozostanie w niezmienionej formie (a już na pewno żaden, którego struktura jest ażurowa, jak gąbka).

By uniemożliwić zapadnięcie się aerożelowej struktury, zanim materiał ten został doszczętnie ściśnięty, w jego przestrzenie wypełnione wcześniej powietrzem naukowcy wprowadzili neon, gaz, który w wytworzonych warunkach jest w stanie nadkrytycznym, a pod ciśnieniem równym 5GPa przekształca się z formy ciekłej w stałą. W ten sposób zabezpieczono delikatną porowatą strukturę aerożelu, podczas ekstremalnej reakcji wytwarzania nanodiamentów.

Według autorów odkrycia, nowy nanodiamentowy aerożel posiada interesujące właściwości, dzięki którym możliwe będzie skonstruowanie zupełnie nowych urządzeń, w tym między innymi bardzo wytrzymałych i stabilnych czujników.

Zanim produkcja nanodiamentowych gąbek ruszy pełną parą, konieczna jest optymalizacja parametrów - temperatury i ciśnienia - gdyż obecnie, jak przyznają naukowcy, nie do końca wiadomo, jakie jest najniższe potrzebne ciśnienie i temperatura, by reakcja transformacji węgla w nanodiamenty (w formie aerożelu) zakończyła się sukcesem. KLG

PAP - Nauka w Polsce

 krf/bsz