有一種材料,雖然是固體,卻無比輕盈,看起來好像一股裊裊的藍煙,如夢似幻,這就是目前世界上最輕的固體材料——氣凝膠。

神奇的固體材料——氣凝膠-1

什么是凝膠

顧名思義,凝膠就是凝聚的膠體。膠體是介于溶液和濁液之間的一種混合物,其顆粒大小在1-100nm之間(溶液中的顆粒<1nm,濁液中的顆粒>100nm)。膠體的顆粒都帶有同種電荷,因此在一般狀態(tài)下,由于同種電荷相互排斥,這些顆粒無法碰撞結(jié)合。但是如果在膠體中混入電解質(zhì),這些顆粒所帶的電荷就會被電解質(zhì)中帶電粒子的電荷中和,顆粒間不再發(fā)生電荷互斥,而是碰撞結(jié)合,形成凝膠。

什么是氣凝膠?

我們知道,凝膠中的膠體顆粒早已相互結(jié)合,但是這些顆粒并不像石榴籽那樣緊密地挨在一起,而是連結(jié)成了空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這樣的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)存在大量的孔洞,而孔洞中又充斥著液體。在不破壞空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的前提下,將這些液體抽離,任氣體充盈在結(jié)構(gòu)周圍,便形成了氣凝膠。

氣凝膠能做什么?

氣凝膠有很多種,如氧化物氣凝膠有機炭氣凝膠、碳化物氣凝膠、金屬氣凝膠、多組分氣凝膠等。

二氧化硅(SiO2)氣凝膠是一種較為出色的氧化物氣凝膠,它的孔隙率高達80%-99.8%,室溫狀態(tài)下導熱效率極低。因此,二氧化硅氣凝膠是一種非常好的隔熱材料。而且二氧化硅氣凝膠的折射率接近空氣,使得太陽光可以輕易地從中穿過。憑借這種隔熱透光的特性,二氧化硅氣凝膠已在太陽能利用以及建筑節(jié)能等方面有所應用。

神奇的固體材料——氣凝膠-2

碳氣凝膠,是浙江大學研制出的一種氣凝膠材料。這種材料具有極強的吸附能力,現(xiàn)有吸油產(chǎn)品一般可吸附約自身質(zhì)量10倍的有機溶劑,而全碳氣凝膠卻可吸附自身質(zhì)量最高可達900倍的有機溶劑。而且,它的吸附效率也十分驚人,1克全碳氣凝膠每秒鐘便能吸附68.8克的有機物。此外,全碳氣凝膠的結(jié)構(gòu)韌性也非常優(yōu)良,即便被數(shù)千次壓縮至原體積的20%也可迅速復原。

如今,氣凝膠已被廣泛應用于許多領域,制造出如氣凝膠體育器材、氣凝膠電池、氣凝膠房屋、氣凝膠登山鞋等新型產(chǎn)品。不過,要使氣凝膠產(chǎn)品走進千家萬戶,似乎還需要一些時間。相信未來,科學家們會研制出更多性能優(yōu)異的氣凝膠,并推動它們的廣泛應用,造福人類生活。

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