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如果要问世界上最轻的东西是什么？很多小伙伴也许会说最轻的是棉花，一片羽毛或是蒲公英等等。 " m p. I+ S7 x: j; N2 [6 `
在国际顶级权威学术杂志《科学》第250期中，列出了可以改变世界的十种新材料，而在这些新材料中有一种材料因为其独占多项世界纪录，位居十大新材料之首。
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这种材料只比等量空气的重量要重一点点，但是却能抵抗1400摄氏度的高温，这比大多数金属熔点都要高，全世界的科学家都为它的这些独特性能所吸引，它的名字就是气凝胶。
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4 s2 u ]) f- A) Q一定浓度的高分子溶液或溶胶在特定的条件下，粘度就会逐渐增加，最后会失去液态的流动性，整个形态就会变成一种外观均匀，并保持一定形态的弹性半固体，而这种弹性半固体就被称为凝胶。 像我们小时候都喜欢吃的果冻就是常见的一种凝胶，这种凝胶是依靠水和其它液态充满内部后形成的，而在凝胶中充满气体就会变成另一种凝胶，这就是气凝胶。 4 G) h* s5 c* H" R
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气凝胶的特点气凝胶是世界上最轻的固体材料，这也被列入了基尼斯世界纪录，因其颜色呈现出淡蓝色，因此也被称为“蓝烟”，也有人将其称为“固体空气”。 & d# r6 \! Y y% r; p
在阳光的照射下气凝胶几乎透明，重量也非常的轻，气凝胶内部99.8%的是空气，而密度只有同样原材料是二氧化硅玻璃的千分之一，这些很轻的气凝胶只要一抽掉空气密度甚至就会比空气还低。 / q9 Q" Y' i1 v5 E
气凝胶是一种内部有很多空隙的固态物质，里面充满了空气，把它拿在手上看上去就像凝固的烟，非常轻盈，这种材料看起来脆弱不堪，但其实非常的坚固牢靠，气凝胶可以承受超过自身重量1000倍的压力。 气凝胶具有纳米级的孔隙，这使得不管是冷空气还是热空气都很难穿透它们，是目前热导率最低的固体材料，因此气凝胶也被用作设备的隔热。
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. V; G8 ]& a5 M' n' W气凝胶发展$ q$ e- b7 m# z ]. D* N2 R
虽然说气凝胶是新型材料，但是早在1931年美国科学家就用二氧化硅首先制造出了气凝胶。 在20世纪40年代，气凝胶开始得到应用，有美国公司将气凝胶用作一些牙膏和化妆品的添加剂。 由于当时受到技术和设备的限制，制备气凝胶非常的困难，所以在随后的几十年里气凝胶的发展相对来说就是停止不前的，以至于人们都忘记了这种材料。 20世纪70年代，法国人实验出了气凝胶的快速制备方法，并且在航空航天领域使用，从此很多国家也加快了气凝胶的研发，气凝胶也迎来了快速发展。 到了21世纪随着气凝胶制备技术的成熟，气凝胶开始慢慢的产业化，从实验室走出来变成各种高科技产品。 - I N: w/ e5 l @0 |1 n
2 b4 v Y8 E; ^0 v气凝胶的制造过程/ S( y4 r% a1 `& A8 x: B/ H! Z
气凝胶不但拥有独特的性能，也是最漂亮的材料之一，有特定形状的气凝胶看起来就像全息摄影作品一样，非常的漂亮。 & K- ]$ q/ Y8 m
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配料 来看看气凝胶是怎么样从各种化学液体，变成这种神奇的固体材料的，制造气凝胶需要的四种原料是，硅酸甲脂，甲醇，浓氨水以及水。（实验室制造的气凝胶，工业生产跟这个还是有区别的） / b4 S" t- P- h& Q
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+ c) T q: V" R9 ^, K将一定量的硅酸甲脂和甲醇倒入底部含有搅拌珠的烧杯中，再将烧杯移到一台能产生旋转磁场的设备上，磁场能让搅拌珠旋转将烧杯中的两种材料搅拌均匀，然后将这种混合物倒入装有水，氢氧化铵和甲醇的更大烧杯中，此时一场化学反应就将发生，这些混合物会形成凝胶。 ' z: _$ ]9 o& X* [, V
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入模凝固 但在凝胶形成之前还有做好模具，将混合物液体倒入长方形格栅模具中，让其形成凝胶，为防止凝胶在形成中混入其它物质，就需要在几分钟内让化合物迅速凝结，但要变得牢固则需要一天的时间。
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净化杂质 凝胶的孔隙小到肉眼看不到，为了清理凝胶空隙中的杂质，就要反复将凝胶浸入甲醛中让甲醛渗入到凝胶空隙中清理掉杂质，甲醛在侵泡几天后凝胶就净化完成，之后这些凝胶要经过超临界干燥流程，这一步会将凝胶变成气凝胶。 8 I! h& Q5 x+ u z
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) u. T' E0 P6 j8 V7 |. \5 S注入二氧化碳 将凝胶放入到高压容器中，通过螺杆封闭容器，以抵御超过标准大气压100倍的压强，将输送液态二氧化碳的软管与高压容器相连，二氧化碳会替换掉溶胶空隙中的甲醛，然后对溶胶进行加热和施压，直到溶胶内部的二氧化碳处于超临界状态，也就是半液态和半气态，这一步是气凝胶制造过程重最关键的步骤。 ; l0 H' z: U- p! f; }. x* U3 U! |" g
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. W* M4 K3 m% V- o超临界的二氧化碳从中扩散出来，而且不会导致溶胶的固态框架崩塌，这一过程将凝胶变成了被空气占据了大部分空间的透明固体，这样气凝胶就制造完成了。
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: g' x7 B; e& k1 t气凝胶的应用
; l: P8 K+ `" t) f1 L: |2 s( h气凝胶被称为可以改变世界的十大型材料之一，而这种神奇的型材料之所以被认为可以改变世界的原因是，气凝胶就如同一种神奇的魔法材料，除了气凝胶本身具有的特殊性能外，当把它加入到其它金属，纺织等传统材料中时，传统材料就会被全面加强，从而成为各种高精尖科技的基础，让那些传统材料瞬间就变成可以改变行业的新材料。 3 E% g$ ] t6 l! O! ? t4 } m
气凝胶的诸多优点也让它在很多领域都成为理想的材料，气凝胶在被压缩后仍可恢复原状，这种多孔的结构让它的吸附性能极强，用气凝胶可以吸附水中的杂质和油污，甚至有科学家还用它来吸附水中的铅和水银，是理想的吸附材料。 , u% i% ]- x3 X7 l% o
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图片来源：pixabay
! G( b( R7 @) q+ i! o气凝胶还能成为理想的隔热和消声材料，应用到飞机潜艇上不但隔热消声效果极佳，还能有效减轻自身重量，节省燃料的同时速度还会更快。
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利用气凝胶这种绝热材料制造的消防员防火服，能够在相当长的时间内隔绝高温，以保护消防员的安全，除此之外气凝胶还可以用于宇航服，抗寒服，日常生活中所使用的网球拍等体育用品，工业以及建筑中的隔热材料，车辆等交通运输材料等等。
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拥有既轻便又坚固的特殊材料，一直都是人类的追求，新型气凝胶未来将走进我们生活中的衣食住行，随着气凝胶产业化步伐的加快，未来将在各个行业中起到引领行业变革的巨大作用，成为促进产业升级的催化剂。
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发表于 2022-11-16 15:05:06
