比空氣還輕的材料氣凝膠，憑什么可以為”祝融號”遮風擋雨？

咦，這是什么？

好像凍住的煙！

這不是煙而是一種固體，確切地說是世界上最輕的固體-氣凝膠。

對了，咱們中國此次首輛火星車”祝融號”攜帶的黑科技里面就有它。

這玩意很輕，但是隔熱性能很好。并且用在太陽能面板上，還可以讓火星車不容易粘灰。

那么問題來了：

氣凝膠是什么？

它到底厲害在哪里？

它的制造難不難？

氣凝膠發(fā)明

說起氣凝膠的發(fā)明歷史，不得不說是一次偶然，確切的說是美國人基斯特勒在1931年受果凍的啟發(fā)而發(fā)明出來的。

果凍大家肯定都不會陌生，但是估計很少人會思考一個問題：哎，既然果凍的成分都是水，那么它里面的水怎么不會流出來？

其實果凍是一種水凝膠，所謂凝膠就是指溶膠失去流動性后，變成的一種富含液體的半固態(tài)物質(zhì)。

它的原理是這樣的：

果凍網(wǎng)格內(nèi)的水分子是由表面張力拉住的，并且這種表面張力的大小，正好讓水既無法掙脫又可以晃動，這樣就會得到最終的成品果凍。

那如果把里面的液體抽出來，然后換成氣體，會發(fā)生什么呢？

美國人基斯特勒就按照這個思路，經(jīng)過無數(shù)次實驗最終選擇硅膠作為實驗對象，利用超臨界干燥法，去除了硅膠中的液體成分。

這個實驗的高明之處在于，他先用酒精去替換水，再把酒精在超臨界狀態(tài)下轉(zhuǎn)換成氣體，然后再緩慢把酒精氣體釋放掉。此時由于沒有液體引起的毛細管力作用，使得網(wǎng)格得以保持原來的結(jié)構(gòu)。

從而成功地制成了世界上第一個真正意義上的氣凝膠-二氧化硅氣凝膠。

不得不說，這個方法確實巧妙！

中國氣凝膠發(fā)展

再來看看中國這邊的成就。

我國的氣凝膠研究起步較晚，但發(fā)展速度卻很快，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年由浙江大學(xué)科研人員利用碳納米管和石墨烯，制備出了一種超輕氣凝膠，取名為”碳海綿”，是目前世界最輕的材料。

在真空中，1立方厘米的碳海綿只重0.16毫克。而相同體積普通空氣的重量是它的7倍左右，比同體積的氦氣還要輕。

除了輕，它的吸收能力也很強！

現(xiàn)有的吸油產(chǎn)品一般只能吸自身質(zhì)量10倍左右的液體，而”碳海綿”的吸收量是250倍左右，最高可達900倍。

同時”碳海綿”具備高彈性，被壓縮80%后仍可恢復(fù)原狀。

氣凝膠用處

那說了半天，氣凝膠到底有啥用呢？

先總結(jié)下，氣凝膠有三個優(yōu)點：質(zhì)量輕、隔熱強、承受力大。

首先它的密度約為玻璃的千分之一，說它是世界最輕的材料一點也不夸張。其次氣凝膠幾乎能阻止熱傳遞的所有途徑，從而達到其他材料無法比擬的絕熱效果，最后它可以承受相當于自身質(zhì)量幾千倍的壓力。

可能你會說，這也沒啥啊，”立柱頂千斤”的道理我還是懂的！但是如果了解過氣凝膠的性質(zhì)后，就會驚訝它的神奇！

正是由于氣凝膠有這么多優(yōu)點，所以被廣泛用于各行各業(yè)。

比如在航空航天和國防軍工領(lǐng)域，氣凝膠可以作為飛機機艙的隔熱層材料，也可作為核潛艇、蒸汽動力導(dǎo)彈驅(qū)逐艦的核反應(yīng)堆，以及復(fù)雜的高溫蒸汽鍋爐系統(tǒng)的高效隔熱材料。

此次中國的”天問一號”火星探測器和”祝融號”火星車，采用的是氣凝膠材料，而且用到了兩種不同的材料，就是為了對抗火星”冰火兩重天”的溫度考驗。

比如耐高溫納米氣凝膠隔熱組件用于，阻隔著陸發(fā)動機產(chǎn)生的高達1200℃的高溫熱流，保護著陸平臺的正常功能。

而耐低溫納米氣凝膠組件則用于”祝融號”火星車的表面，這樣能夠確保火星車在-130℃的環(huán)境正常工作。

同時“祝融號”還采用了鋁蜂窩夾層、鋁基碳化硅、復(fù)合纖維等多種新材料，它們能提升火星車的高耐磨性和穩(wěn)定性。

并且它的基礎(chǔ)零部件都實現(xiàn)了國產(chǎn)化，元器件國產(chǎn)化率也超過90%。

感悟

最后想說:

咱們的”祝融號”火星車，雖然比不上美國毅力號那么龐大的身軀。但是麻雀雖小，五臟俱全，該有的咱們也都有。

比如它可以依靠張開的太陽能板供應(yīng)電力，也搭載一個可以伸高的天線，天線上裝設(shè)有照相機，可以用來協(xié)助導(dǎo)航。

同時本身也裝設(shè)五個儀器，用來探測地質(zhì)土壤，也會偵測火星表面下有沒有冰塊或水。

最最最重要的是，它使用了氣凝膠這種保溫材料，給自己穿上了暖暖的衣服。

所以在這一系列的黑科技的加持下，相信它足以應(yīng)對險惡的火星環(huán)境，而我們對火星探索的構(gòu)想也必將加速成為現(xiàn)實。