有一種材料,雖然是固體,卻無比輕盈,看起來好像一股裊裊的藍煙,如夢似幻,這就是目前世界上最輕的固體材料——氣凝膠。
什么是凝膠?
顧名思義,凝膠就是凝聚的膠體。膠體是介于溶液和濁液之間的一種混合物,其顆粒大小在1-100nm之間(溶液中的顆粒<1nm,濁液中的顆粒>100nm)。膠體的顆粒都帶有同種電荷,因此在一般狀態(tài)下,由于同種電荷相互排斥,這些顆粒無法碰撞結合。但是如果在膠體中混入電解質,這些顆粒所帶的電荷就會被電解質中帶電粒子的電荷中和,顆粒間不再發(fā)生電荷互斥,而是碰撞結合,形成凝膠。
什么是氣凝膠?
我們知道,凝膠中的膠體顆粒早已相互結合,但是這些顆粒并不像石榴籽那樣緊密地挨在一起,而是連結成了空間網(wǎng)狀結構。這樣的空間網(wǎng)狀結構存在大量的孔洞,而孔洞中又充斥著液體。在不破壞空間網(wǎng)狀結構的前提下,將這些液體抽離,任氣體充盈在結構周圍,便形成了氣凝膠。
氣凝膠能做什么?
氣凝膠有很多種,如氧化物氣凝膠、有機炭氣凝膠、碳化物氣凝膠、金屬氣凝膠、多組分氣凝膠等。
二氧化硅(SiO2)氣凝膠是一種較為出色的氧化物氣凝膠,它的孔隙率高達80%-99.8%,室溫狀態(tài)下導熱效率極低。因此,二氧化硅氣凝膠是一種非常好的隔熱材料。而且二氧化硅氣凝膠的折射率接近空氣,使得太陽光可以輕易地從中穿過。憑借這種隔熱透光的特性,二氧化硅氣凝膠已在太陽能利用以及建筑節(jié)能等方面有所應用。
全碳氣凝膠,是浙江大學研制出的一種氣凝膠材料。這種材料具有極強的吸附能力,現(xiàn)有吸油產品一般可吸附約自身質量10倍的有機溶劑,而全碳氣凝膠卻可吸附自身質量最高可達900倍的有機溶劑。而且,它的吸附效率也十分驚人,1克全碳氣凝膠每秒鐘便能吸附68.8克的有機物。此外,全碳氣凝膠的結構韌性也非常優(yōu)良,即便被數(shù)千次壓縮至原體積的20%也可迅速復原。
如今,氣凝膠已被廣泛應用于許多領域,制造出如氣凝膠體育器材、氣凝膠電池、氣凝膠房屋、氣凝膠登山鞋等新型產品。不過,要使氣凝膠產品走進千家萬戶,似乎還需要一些時間。相信未來,科學家們會研制出更多性能優(yōu)異的氣凝膠,并推動它們的廣泛應用,造福人類生活。