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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。 * f" @1 E9 z) \* V w5 G4 p0 U4 s( e
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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8 {& h" j$ | V _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。 ( a- R7 x# Y& g5 l* ]. r/ u Z$ O
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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”。 1 L0 c2 @- M* }0 `' V( j
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。
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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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6 Y/ P( a/ t/ W/ R' c2 J; h气凝胶发展1 e( _2 ?+ i- h6 U5 H P
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。 - `$ Z3 B/ ~1 q9 K! ]; T
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气凝胶的制造过程
& m, j5 F. Q6 f* j+ Z, R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。
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3 _* g2 c) u! k9 k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） # t) E- T' n( k8 ]
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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。
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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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6 B! ?$ r+ i1 B. v* G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。 $ O+ f7 u+ G# b) a7 ^0 B
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8 z% v n/ U+ P% [( W5 y% Z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。
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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。 $ B b) N7 o% Q9 l
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" f& z7 y& m* B气凝胶的应用* K/ m' Y7 e: }
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。
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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。
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图片来源：pixabay
9 ~5 J6 h: v, S: i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。 6 F% B0 [2 G4 J6 n3 w
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: h1 t$ G# ?+ l7 w! f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。 9 |5 P1 ], Q* Y7 ~7 {) ~
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发表于 2022-11-16 15:05:06
