比空气还轻的材料气凝胶,凭什么可以为”祝融号”遮风挡雨?

咦,这是什么?

好像冻住的烟!

这不是烟而是一种固体,确切地说是世界上最轻的固体-气凝胶
比空气还轻的材料气凝胶,凭什么可以为"祝融号"遮风挡雨?

对了,咱们中国此次首辆火星车祝融号”携带的黑科技里面就有它。

这玩意很轻,但是隔热性能很好。并且用在太阳能面板上,还可以让火星车不容易粘灰。

那么问题来了:

气凝胶是什么?

它到底厉害在哪里?

它的制造难不难?

气凝胶发明

说起气凝胶的发明历史,不得不说是一次偶然,确切的说是美国人基斯特勒在1931年受果冻的启发而发明出来的。

果冻大家肯定都不会陌生,但是估计很少人会思考一个问题:哎,既然果冻的成分都是水,那么它里面的水怎么不会流出来?
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其实果冻是一种水凝胶,所谓凝胶就是指溶胶失去流动性后,变成的一种富含液体的半固态物质。

它的原理是这样的:

果冻网格内的水分子是由表面张力拉住的,并且这种表面张力的大小,正好让水既无法挣脱又可以晃动,这样就会得到最终的成品果冻。

那如果把里面的液体抽出来,然后换成气体,会发生什么呢?

美国人基斯特勒就按照这个思路,经过无数次实验最终选择硅胶作为实验对象,利用超临界干燥法,去除了硅胶中的液体成分。
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这个实验的高明之处在于,他先用酒精去替换水,再把酒精在超临界状态下转换成气体,然后再缓慢把酒精气体释放掉。此时由于没有液体引起的毛细管力作用,使得网格得以保持原来的结构。

从而成功地制成了世界上第一个真正意义上的气凝胶-二氧化硅气凝胶。

不得不说,这个方法确实巧妙!

中国气凝胶发展

再来看看中国这边的成就。

我国的气凝胶研究起步较晚,但发展速度却很快,并取得了一系列重要成果,有些甚至走在了世界的前列。

比如2013年由浙江大学科研人员利用碳纳米管和石墨烯,制备出了一种超轻气凝胶,取名为”碳海绵”,是目前世界最轻的材料。
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在真空中,1立方厘米的碳海绵只重0.16毫克。而相同体积普通空气的重量是它的7倍左右,比同体积的氦气还要轻。

除了轻,它的吸收能力也很强!

现有的吸油产品一般只能吸自身质量10倍左右的液体,而”碳海绵”的吸收量是250倍左右,最高可达900倍。

同时”碳海绵”具备高弹性,被压缩80%后仍可恢复原状。

气凝胶用处

那说了半天,气凝胶到底有啥用呢?

先总结下,气凝胶有三个优点:质量轻、隔热强、承受力大。

首先它的密度约为玻璃的千分之一,说它是世界最轻的材料一点也不夸张。其次气凝胶几乎能阻止热传递的所有途径,从而达到其他材料无法比拟的绝热效果,最后它可以承受相当于自身质量几千倍的压力。
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可能你会说,这也没啥啊,”立柱顶千斤”的道理我还是懂的!但是如果了解过气凝胶的性质后,就会惊讶它的神奇!

正是由于气凝胶有这么多优点,所以被广泛用于各行各业。

比如在航空航天和国防军工领域,气凝胶可以作为飞机机舱的隔热层材料,也可作为核潜艇、蒸汽动力导弹驱逐舰的核反应堆,以及复杂的高温蒸汽锅炉系统的高效隔热材料。
比空气还轻的材料气凝胶,凭什么可以为"祝融号"遮风挡雨?

此次中国的”天问一号”火星探测器和”祝融号”火星车,采用的是气凝胶材料,而且用到了两种不同的材料,就是为了对抗火星”冰火两重天”的温度考验。
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比如耐高温纳米气凝胶隔热组件用于,阻隔着陆发动机产生的高达1200℃的高温热流,保护着陆平台的正常功能。

而耐低温纳米气凝胶组件则用于”祝融号”火星车的表面,这样能够确保火星车在-130℃的环境正常工作。
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同时“祝融号”还采用了铝蜂窝夹层、铝基碳化硅、复合纤维等多种新材料,它们能提升火星车的高耐磨性和稳定性。

并且它的基础零部件都实现了国产化,元器件国产化率也超过90%。

感悟

最后想说:

咱们的”祝融号”火星车,虽然比不上美国毅力号那么庞大的身躯。但是麻雀虽小,五脏俱全,该有的咱们也都有。

比如它可以依靠张开的太阳能板供应电力,也搭载一个可以伸高的天线,天线上装设有照相机,可以用来协助导航。

同时本身也装设五个仪器,用来探测地质土壤,也会侦测火星表面下有没有冰块或水。

比空气还轻的材料气凝胶,凭什么可以为"祝融号"遮风挡雨?

最最最重要的是,它使用了气凝胶这种保温材料,给自己穿上了暖暖的衣服。

所以在这一系列的黑科技的加持下,相信它足以应对险恶的火星环境,而我们对火星探索的构想也必将加速成为现实。

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