нанооо

1.

Министерство науки и высшего образования РФ
Федеральное государственное автономное
образовательное учреждение высшего образования
«Омский государственный технический университет»
Нефтехимический институт
Кафедра «Химия и химическая технология»
Функциональные аэро- и гидро-гели: химический состав,
наноструктура и применение
Подготовил:
Студент : ХТ-231
Сагакьян А.А.
Проверил: доцент, к.х.н.
Горбунов В.А
Омск - 2025

2.

Определение функциональные аэро- и гидро-гели:
Аэрогели это гель, в котором жидкая фаза полностью замещена г
азообразной. По ИЮПАК: коллоидная система, состоящая
из микропористого твёрдого вещества (дисперсионная
среда), где дисперсная фаза — газ.
Гидрогели — трёхмерные полимерные сети, способные поглощать и
удерживать большое количество воды (до 99% массы) без растворения.

3.

Актуальность:
Аэро- и гидрогели — перспективные материалы с уникальным набором свойств, востребованные в ключевых сферах человеческой деятельности. Их актуальность обусловлена следующими
факторами:
1.Энергосбережение. Аэрогели — одни из лучших теплоизоляторов, их применение сокращает энергозатраты в строительстве и промышленности.
2.Космические технологии. Лёгкость и термостойкость делают аэрогели незаменимыми в космической технике (теплозащита, системы улавливания частиц).
3.Медицина. Гидрогели и биосовместимые аэрогели используются для:
•доставки лекарств;
•создания раневых покрытий;
•тканевой инженерии и имплантатов.
4.Экология. Материалы эффективно очищают воду и воздух:
•адсорбируют нефтепродукты и тяжёлые металлы;
•улавливают CO₂;
•помогают рекультивировать загрязнённые территории.
5.Технологические инновации. Развиваются методы:
•удешевления производства (сверхкритические флюиды, 3D-печать);
•создания экологичных биополимерных аналогов.

4.

Синтез и строение:

5.

Структура:
Кремнезёмные (силикатные) аэрогели
Основаны на диоксиде кремния (SiO₂). Их структура
формируется в результате гидролиза и конденсации
кремнийсодержащих прекурсоров (например,
тетраэтоксисилана — TEOS). В процессе образуются
силоксановые связи Si-O-Si, создающие аморфную
сеть. Поры занимают 95–99,8% объёма, а плотность
может достигать 1–150 кг/м³.
Углеродные аэрогели (аэрографиты)
Состоят из наночастиц углерода, ковалентно
связанных друг с другом. Обладают высокой
электропроводностью и большой площадью
поверхности (до 800 м²/г). Используются в
суперконденсаторах и как поглотители света.

6.

Структура:
1.Природные гидрогели
1. Альгинатные —
на основе альгиновой кислоты (полисахарид из бурых водорослей). Сшивки образуются через ионны
е связи с Ca²⁺, Ba²⁺.
2. Хитозановые — производные хитина. Сшиваются глутаровым альдегидом или триполями фосфата.
3. Целлюлозные —
модифицированная целлюлоза с гидроксильными группами, способными к образованию водородных
связей.
2.Синтетические
гидрогели
4. Коллагеновые — белковые сети, стабилизированные термической или химической
кросс-линковкой.
1. Полиакриламидные —
сшиваются N,N′-метиленбисакриламидом. Отличаются высокой эластичностью.
2. Полиэтиленгликолевые (PEG) — биоинертны, используются в медицине. Сшивки —
радикальная полимеризация или клик-химия.
3. Поливиниловый спирт (PVA) —
формирует гидрогели через замораживание-оттаивание (физические сшивки).
4. Полиакрилатные — анионные гели с карбоксильными группами, чувствительные к pH.

7.

Применение аэрогеля:
Космическая отрасль
•теплозащита скафандров и аппаратов;
•ловушки космической пыли (проекты NASA);
•лёгкие конструкции для спутников.
Электроника и энергетика
•электроды суперконденсаторов (углеродные аэрогели);
•термостойкие изоляционные компоненты.
Экология
•сорбенты для ликвидации разливов нефти;
•улавливание CO₂ из промышленных выбросов;
•очистка воды от тяжёлых металлов.
Оптика и сенсоры
•полупрозрачные материалы для световодов;
•детекторы частиц (на основе алюмооксидных аэрогелей).

8.

Применение гидрогеля:
Медицина
•раневые покрытия и гидроколлоидные пластыри;
•системы доставки лекарств;
•имплантаты и материалы для тканевой инженерии;
•контактные линзы.
Сельское хозяйство
•регуляторы влажности почвы (снижение частоты полива);
•носители удобрений с контролируемым высвобождением.
Биотехнологии
•матрицы для клеточных культур;
•среды для биопечати органов;
•иммобилизация ферментов и микроорганизмов.
Пищевая промышленность
•загустители и стабилизаторы (альгинатные, пектиновые гели);
•активная упаковка с контролем влажности.