有一种材料,虽然是固体,却无比轻盈,看起来好像一股袅袅的蓝烟,如梦似幻,这就是目前世界上最轻的固体材料——气凝胶

神奇的固体材料——气凝胶-1

什么是凝胶

顾名思义,凝胶就是凝聚的胶体。胶体是介于溶液和浊液之间的一种混合物,其颗粒大小在1-100nm之间(溶液中的颗粒<1nm,浊液中的颗粒>100nm)。胶体的颗粒都带有同种电荷,因此在一般状态下,由于同种电荷相互排斥,这些颗粒无法碰撞结合。但是如果在胶体中混入电解质,这些颗粒所带的电荷就会被电解质中带电粒子的电荷中和,颗粒间不再发生电荷互斥,而是碰撞结合,形成凝胶。

什么是气凝胶

我们知道,凝胶中的胶体颗粒早已相互结合,但是这些颗粒并不像石榴籽那样紧密地挨在一起,而是连结成了空间网状结构。这样的空间网状结构存在大量的孔洞,而孔洞中又充斥着液体。在不破坏空间网状结构的前提下,将这些液体抽离,任气体充盈在结构周围,便形成了气凝胶。

气凝胶能做什么?

气凝胶有很多种,如氧化物气凝胶有机炭气凝胶碳化物气凝胶金属气凝胶多组分气凝胶等。

二氧化硅(SiO2)气凝胶是一种较为出色的氧化物气凝胶,它的孔隙率高达80%-99.8%,室温状态下导热效率极低。因此,二氧化硅气凝胶是一种非常好的隔热材料。而且二氧化硅气凝胶的折射率接近空气,使得太阳光可以轻易地从中穿过。凭借这种隔热透光的特性,二氧化硅气凝胶已在太阳能利用以及建筑节能等方面有所应用。

神奇的固体材料——气凝胶-2

碳气凝胶,是浙江大学研制出的一种气凝胶材料。这种材料具有极强的吸附能力,现有吸油产品一般可吸附约自身质量10倍的有机溶剂,而全碳气凝胶却可吸附自身质量最高可达900倍的有机溶剂。而且,它的吸附效率也十分惊人,1克全碳气凝胶每秒钟便能吸附68.8克的有机物。此外,全碳气凝胶的结构韧性也非常优良,即便被数千次压缩至原体积的20%也可迅速复原。

如今,气凝胶已被广泛应用于许多领域,制造出如气凝胶体育器材、气凝胶电池、气凝胶房屋、气凝胶登山鞋等新型产品。不过,要使气凝胶产品走进千家万户,似乎还需要一些时间。相信未来,科学家们会研制出更多性能优异的气凝胶,并推动它们的广泛应用,造福人类生活。

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