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他們居然搞出這種比空氣還輕的物體

轉自微信號/神機營icamp360(壹切好玩的智能穿戴和科技事兒,都在這了)

從最巨大的輪船、飛機到最微小的納米機器人,從最堅硬到最柔軟的材料……人類壹直在努力創造著、打破著各種世界之最。這不,2013年,“世界上最輕的材料”這壹紀錄被我國科學家打破後,2015年,我國再次刷新紀錄,制造出0.12毫克每立方厘米的最輕材料。那麽,這些超輕的材料有什麽作用呢?

凝固的煙

這種世界上最輕的材料叫氣凝膠。氣凝膠其實並不是最近才有,早在1931年,人們就用二氧化矽制造出了它。氣凝膠的內部有很多孔隙,孔隙裏面充滿空氣,所以非常輕。為了形容它的輕,人們還給它取了壹個外號——凝固的煙。

2011年,美國科學家以鎳材料做出的氣凝膠,成為了當時世界上最輕的材料。在真空中,1立方厘米的這種氣凝膠只有0.9毫克重,比空氣還要輕。

然而,作為世界上最輕的材料,它的紀錄還沒保持多久,就被打破了。2012年,英國和德國的幾位科學家研制出了全球最輕的氣凝膠,他們還給這種氣凝膠取了壹個非常酷的名字,叫作“飛行石墨”。1立方厘米的“飛行石墨”只有0.18毫克重,雖然它看起來像壹塊黑色不透明的海綿,但海綿可比它重多了,在體積上,“飛行石墨”幾乎是由99.99%的空氣構成的。

超輕“碳海綿”

科技發展日新月異,在世界最輕材料的排行榜裏,“飛行石墨”坐在第壹名的位置上,結果它屁股還沒坐熱,就被另壹種新型的氣凝膠給擠了下來。2013年3月,我國浙江大學的壹個研究小組,利用碳納米管和石墨烯制備出了壹種超輕氣凝膠,取名為“碳海綿”。它有多輕呢?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。

碳海綿如此的輕,它是怎麽做出來的?

在電子顯微鏡下,可以看到碳海綿裏面有大量的碳納米管和石墨烯,正是這兩種物質***同支撐起了那無數個小孔隙。就像大型的體育場館壹樣,先用鋼筋做支架,再用高強度的薄膜做墻壁。而碳海綿,就是利用碳納米管做支架,石墨烯做墻壁。

以前,科學家雖然能制備氣凝膠,但由於工藝的緣故,難以批量生產。而現在,我國發明的新工藝,可以批量生產碳海綿。

纖維氣凝膠

追求最輕的材料,科學家們沒有止步。2015年,我國東華大學的俞建勇院士、丁彬教授帶領的納米纖維研究團隊在超輕纖維材料研究上獲新成果,他們利用普通纖維膜材料開發出了壹種超輕、超彈的纖維氣凝膠,經中國計量認證結果顯示,這種纖維氣凝膠的固態材料密度僅為0.12毫克每立方厘米。這比我國之前研制的碳海綿還要輕0.04毫克每立方厘米。

最輕材料可以用來做什麽

壹、清理石油汙染

氣凝膠所采用的材料不同,用途也會不同。像浙江大學研制的那種名叫碳海綿的氣凝膠,不僅制備方法上取得了突破,碳海綿還表現出了優越的性能。

碳海綿的彈性很好,被壓縮80%後還可以恢復原狀。它對油具有超快、超高的吸附力,是目前吸油能力最強的材料。現在的吸油產品,壹般只能吸收自身重量10倍左右的油,而碳海綿的吸油量是它自身重量的250倍,最高可達900倍,神奇的是,碳海綿只吸油不吸水。另外,它吸油的速度非常快:每克碳海綿每秒可以吸收68.8克油。說到這裏,很多人已經想到了碳海綿的用武之地,那就是清理海上的石油汙染。海面被石油汙染的時候,把碳海綿撒在海面上,它們就會源源不斷地把周圍的漏油迅速地吸進自己的身體。

二、吸附星際塵埃

處理石油汙染只是碳海綿的壹個用處,早在1999年,美國航空航天局就利用氣凝膠的特性,用它來吸附星際塵埃。

在“星塵號”上,安裝有壹個氣凝膠樣品采集器,主要用來吸附彗星塵埃和星際塵埃。

當“星塵號”探測器穿過彗星塵埃時,彗星塵埃的速度很快,約為6.1千米每秒,這差不多是步槍子彈初速的9倍。如果用常規方法收集這些塵埃粒子,由於過快的沖擊速度,彗星塵埃的的外形和化學結構會發生變化,有的甚至會完全被汽化。

為了在收集時不破壞它們,氣凝膠樣品采集器使用了矽基固體材料,內部有海綿那樣的多孔結構,99.8%的空間被真空填充,當塵埃顆粒撞上氣凝膠後,其減速並最終停止的過程就像飛機在跑道上滑行制動減速壹樣。

三、隔熱和隔音

氣凝膠固有的特性使它們還能成為絕好的隔熱(保溫)和隔音材料。

除了成為最理想的保溫隔熱材料,氣凝膠還是很棒的吸音材料。比如我國2015年研制的這種纖維氣凝膠,它可以在100-6300Hz寬頻段內的高效吸音。

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