吉尼斯世界紀錄有非常多奇怪的項目,比如說世界上最寬的嘴,最長的指甲,一分鐘踢腿24次等等。有一種固體也被列入吉尼斯世界紀錄。它就是氣凝膠,又稱為干凝膠,在吉尼斯紀錄中,它是“世界上最輕的固體”。隨著技術(shù)的不斷進步,氣凝膠離我們的生活也是越來越近。

獨特性能用途廣泛

氣凝膠是目前已知的世界上最輕、保溫性能最好的固體材料,具有超輕質(zhì)、極低熱導(dǎo)率、高熱穩(wěn)定性、高吸附性、高吸能、隔音等特性,還具有膨脹作用、觸變作用、離漿作用,這使其不僅具有良好的延展性,還擁有透氣、防火、吸收油和水的優(yōu)良性質(zhì)。

由于其具有極好地低聲速特性,氣凝膠是一種理想的聲學延遲及高溫隔音材料。氣凝膠材料的聲阻抗可變范圍較大,是一種較理想的超聲探測器的聲阻藕合材料。氣凝膠高孔隙率且超輕質(zhì)的特點,也使其成為最佳的水聲反聲材料,如在潛艇外殼上使用氣凝膠材料可使其具有良好的水聲反聲效果,又不增加潛艇的重量。

目前浙江大學高分子課題組制備出一種超輕氣凝膠。它刷新世界上最輕材料的紀錄,擁有高彈性和強吸油能力。這種被稱為“全碳氣凝膠”的固態(tài)材料密度為每立方厘米0.16毫克,僅是空氣密度的1/6。

由于氣凝膠中一般80%以上是空氣,所以有非常好的隔熱效果,一寸厚的氣凝膠相當20-30塊普通玻璃的隔熱功能。即使把氣凝膠放在玫瑰與火焰之間,玫瑰也會絲毫無損。

氣凝膠應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛,它可以用于高鐵輕量化、環(huán)境治理、藥物載體等方面,如果用在服裝領(lǐng)域,那我們冬天只需要穿一件3毫米厚的氣凝膠布料制作的衣服就可以。

如果在氣凝膠表面涂覆各種甲基化合物,其吸油能力就相當于其他市面上銷售的吸附劑材料的7倍。它還可以用作建筑物中的隔熱或隔音材料,或當涂覆胺基化合物時,就可以成為一個過濾器,用來過濾可重復(fù)使用面罩中的灰塵顆粒和二氧化碳。研究人員還在研究改造氣凝膠的表面,旨在通過改造使材料吸附有毒氣體,如一氧化碳等。

氣凝膠因其表面有成百上千萬的小孔,所以是非常理想的吸附水中污染物的材料。如碳海綿氣凝膠對油具有超快、超高的吸附力,是目前吸油能力最強的材料。吸油量是它自身重量的250倍,最高可達900倍,神奇的是,碳海綿只吸油不吸水。

軍工作用無物可替

氣凝膠作為一種前沿材料,使其在軍工方面得以大展拳腳。

2002年美國宇航局將航天材料技術(shù)轉(zhuǎn)為工業(yè)應(yīng)用,利用超臨界技術(shù)生產(chǎn)氣凝膠氈制品,被稱為工業(yè)領(lǐng)域革命性的保溫方案。此后科研院所、工業(yè)企業(yè)紛紛開始涉獵氣凝膠的研究與應(yīng)用,國際上迎來了研發(fā)氣凝膠制品的一個浪潮。

2016年11月3日我國新一代大運力運載火箭“長征五號”在海南文昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功首飛。其中為火箭燃氣管路系統(tǒng)提供隔熱保溫的,就是我國自主研制的高性能納米氣凝膠隔熱氈。氣凝膠除能被應(yīng)用在航空航天領(lǐng)域,還可應(yīng)用于石油化工、高鐵、油田等領(lǐng)域,目前也正在向民用領(lǐng)域拓展。

氣凝膠最佳用途可能要算用作消防員外套制服的保護性隔熱材料。當把氣凝膠涂覆阻燃化學品時,就能讓宇航服夠承受高達620oC的溫度。而氣凝膠重量僅為目前消防員外套使用的保護性絕緣材料的10%左右,且更柔軟、更舒適。

防彈是新型氣凝膠在軍工方面的第二個重要用途。美國宇航局的這家公司正在對用氣凝膠建造的住所和軍車進行測試。根據(jù)試驗室的試驗情況來看,如果在金屬片上加一層厚約6毫米的氣凝膠,那么,就算炸藥直接炸中,對金屬片也分毫無傷。

有專家表示,從目前的情況來看美國和中國是全球氣凝膠科研、生產(chǎn)、應(yīng)用領(lǐng)域的主要國家。

民用領(lǐng)域施展拳腳

隨著技術(shù)的發(fā)展,氣凝膠在紡織、化工、石化、冶金、管道、熱工設(shè)備、建筑、航天及軍事等領(lǐng)域都具有非常廣泛的應(yīng)用價值與潛力。

氣凝膠在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用極其廣泛。用兩片玻璃夾住一片氣凝膠,這種“三明治結(jié)構(gòu)”的氣凝膠玻璃可以在不增重、不增厚的前提下,提高建筑性能。氣凝膠玻璃具有防火和吸能特性,可改善目前玻璃遇火爆炸、抗風壓差等問題,提高建筑的安全等級;氣凝膠玻璃的隔熱功能,可以讓建筑物內(nèi)“冬暖夏涼”,提高室內(nèi)舒適度。此外,通過與其他技術(shù)結(jié)合,氣凝膠玻璃還能變色、光伏發(fā)電,實現(xiàn)建筑物的個性化建設(shè)。

目前氣凝膠作為一種保溫非織造布材料,已開始在建筑上應(yīng)用?,F(xiàn)在人們已把氣凝膠應(yīng)用在蒙古包上。使用氣凝膠氈作為保溫層,只需要50mm厚度就可以達到75%節(jié)能效果。

隨著戶外運動興起,越來越多的人參加到這一潮流中。但常規(guī)的臃腫的保暖服裝讓參加戶外運動的人員很難在運動中舒展身軀,而加入氣凝膠材料的運動服裝就可以很好解決這方面的問題,穿著以后不但有著良好的保溫性能,還可方便人員的運動,效果非常理想。

2018年10月9日,Supield素湃科技氣凝膠衣服正式上線京東眾籌,僅用8小時,眾籌金額便突破百萬;產(chǎn)品上線一周,眾籌總額已超過六百萬。這款利用氣凝膠制造的服裝,面料的重量僅有60g/m2,厚度僅0.5mm,熱導(dǎo)系數(shù)達0.0191(W/(m·K),真可謂是“輕若鴻毛、薄如蟬翼、暖若晗陽”。這種具有獨家專利的紡織專用氣凝膠復(fù)合保暖材料,可以依靠僅僅3mm的厚度,抗衡-196℃的嚴寒,保溫效果遠超40mm厚羽絨服。這款面料成功生產(chǎn)為服裝開始推向市場,可以說是掀起一場服裝界材料革命。

據(jù)介紹,這款氣凝膠服裝在零下173℃的液氮噴射測試中,衣服的內(nèi)部溫度仍可保持在28℃左右,而在20℃氣溫下穿著時,也依然能保持舒適體感而不過熱。據(jù)了解,目前這款衣服售價在2000元左右,價格已降低到公眾可以接受程度,受到消費者追捧,市場反響火爆。

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