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如果要問世界上最輕的東西是什么？很多小伙伴也許會說最輕的是棉花，一片羽毛或是蒲公英等等。 6 c7 m [; ]& y& q) R
在國際頂級權威學術雜志《科學》第250期中，列出了可以改變世界的十種新材料，而在這些新材料中有一種材料因為其獨占多項世界紀錄，位居十大新材料之首。
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這種材料只比等量空氣的重量要重一點點，但是卻能抵抗1400攝氏度的高溫，這比大多數金屬熔點都要高，全世界的科學家都為它的這些獨特性能所吸引，它的名字就是氣凝膠。 5 @4 ?1 d( |9 T5 k1 \8 e
& Q% c! s* `; j! x1 K一定濃度的高分子溶液或溶膠在特定的條件下，粘度就會逐漸增加，最后會失去液態的流動性，整個形態就會變成一種外觀均勻，并保持一定形態的彈性半固體，而這種彈性半固體就被稱為凝膠。 像我們小時候都喜歡吃的果凍就是常見的一種凝膠，這種凝膠是依靠水和其它液態充滿內部后形成的，而在凝膠中充滿氣體就會變成另一種凝膠，這就是氣凝膠。 9 v. Y/ ?3 S4 i
; y0 @. {% U# E' s氣凝膠的特點氣凝膠是世界上最輕的固體材料，這也被列入了基尼斯世界紀錄，因其顏色呈現出淡藍色，因此也被稱為“藍煙”，也有人將其稱為“固體空氣”。
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在陽光的照射下氣凝膠幾乎透明，重量也非常的輕，氣凝膠內部99.8%的是空氣，而密度只有同樣原材料是二氧化硅玻璃的千分之一，這些很輕的氣凝膠只要一抽掉空氣密度甚至就會比空氣還低。
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氣凝膠是一種內部有很多空隙的固態物質，里面充滿了空氣，把它拿在手上看上去就像凝固的煙，非常輕盈，這種材料看起來脆弱不堪，但其實非常的堅固牢靠，氣凝膠可以承受超過自身重量1000倍的壓力。 氣凝膠具有納米級的孔隙，這使得不管是冷空氣還是熱空氣都很難穿透它們，是目前熱導率最低的固體材料，因此氣凝膠也被用作設備的隔熱。 5 o5 n- C6 F/ \) j; M# M' { v
3 R' \, v, ~% T' Z% r/ E氣凝膠發展) L7 X6 m ~* N0 F H& e
雖然說氣凝膠是新型材料，但是早在1931年美國科學家就用二氧化硅首先制造出了氣凝膠。 在20世紀40年代，氣凝膠開始得到應用，有美國公司將氣凝膠用作一些牙膏和化妝品的添加劑。 由于當時受到技術和設備的限制，制備氣凝膠非常的困難，所以在隨后的幾十年里氣凝膠的發展相對來說就是停止不前的，以至于人們都忘記了這種材料。 20世紀70年代，法國人實驗出了氣凝膠的快速制備方法，并且在航空航天領域使用，從此很多國家也加快了氣凝膠的研發，氣凝膠也迎來了快速發展。 到了21世紀隨著氣凝膠制備技術的成熟，氣凝膠開始慢慢的產業化，從實驗室走出來變成各種高科技產品。 % ^3 B) r2 f- I8 p+ j3 N, P/ T5 P7 p
4 `, T3 P4 x7 ^$ H0 _& M氣凝膠的制造過程3 C- _' A0 U F
氣凝膠不但擁有獨特的性能，也是最漂亮的材料之一，有特定形狀的氣凝膠看起來就像全息攝影作品一樣，非常的漂亮。
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配料 來看看氣凝膠是怎么樣從各種化學液體，變成這種神奇的固體材料的，制造氣凝膠需要的四種原料是，硅酸甲脂，甲醇，濃氨水以及水。（實驗室制造的氣凝膠，工業生產跟這個還是有區別的） 5 x6 X5 @8 w+ m- L* v
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4 s0 A! m: x" t! [6 I: v- I將一定量的硅酸甲脂和甲醇倒入底部含有攪拌珠的燒杯中，再將燒杯移到一臺能產生旋轉磁場的設備上，磁場能讓攪拌珠旋轉將燒杯中的兩種材料攪拌均勻，然后將這種混合物倒入裝有水，氫氧化銨和甲醇的更大燒杯中，此時一場化學反應就將發生，這些混合物會形成凝膠。 ( M+ |9 t! g% a; Y4 h
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入模凝固 但在凝膠形成之前還有做好模具，將混合物液體倒入長方形格柵模具中，讓其形成凝膠，為防止凝膠在形成中混入其它物質，就需要在幾分鐘內讓化合物迅速凝結，但要變得牢固則需要一天的時間。
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1 t, x9 h- h3 D1 _" Q* R凈化雜質 凝膠的孔隙小到肉眼看不到，為了清理凝膠空隙中的雜質，就要反復將凝膠浸入甲醛中讓甲醛滲入到凝膠空隙中清理掉雜質，甲醛在侵泡幾天后凝膠就凈化完成，之后這些凝膠要經過超臨界干燥流程，這一步會將凝膠變成氣凝膠。 . ~0 z7 Q8 m. c
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注入二氧化碳 將凝膠放入到高壓容器中，通過螺桿封閉容器，以抵御超過標準大氣壓100倍的壓強，將輸送液態二氧化碳的軟管與高壓容器相連，二氧化碳會替換掉溶膠空隙中的甲醛，然后對溶膠進行加熱和施壓，直到溶膠內部的二氧化碳處于超臨界狀態，也就是半液態和半氣態，這一步是氣凝膠制造過程重最關鍵的步驟。 ! ]# G1 b* a4 }1 \+ }( J
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( G. S; o1 g3 Q& c! Z超臨界的二氧化碳從中擴散出來，而且不會導致溶膠的固態框架崩塌，這一過程將凝膠變成了被空氣占據了大部分空間的透明固體，這樣氣凝膠就制造完成了。
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氣凝膠的應用
2 F- N$ C% x- h& d0 w- D氣凝膠被稱為可以改變世界的十大型材料之一，而這種神奇的型材料之所以被認為可以改變世界的原因是，氣凝膠就如同一種神奇的魔法材料，除了氣凝膠本身具有的特殊性能外，當把它加入到其它金屬，紡織等傳統材料中時，傳統材料就會被全面加強，從而成為各種高精尖科技的基礎，讓那些傳統材料瞬間就變成可以改變行業的新材料。 , f- q* u$ l7 ]; Q
氣凝膠的諸多優點也讓它在很多領域都成為理想的材料，氣凝膠在被壓縮后仍可恢復原狀，這種多孔的結構讓它的吸附性能極強，用氣凝膠可以吸附水中的雜質和油污，甚至有科學家還用它來吸附水中的鉛和水銀，是理想的吸附材料。 3 z F# M9 ]. R: f H9 W2 H6 t6 ]
( ]" t" _' ^2 v# w圖片來源：pixabay : h' M; L2 X5 B8 n, E: t+ B
氣凝膠還能成為理想的隔熱和消聲材料，應用到飛機潛艇上不但隔熱消聲效果極佳，還能有效減輕自身重量，節省燃料的同時速度還會更快。
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利用氣凝膠這種絕熱材料制造的消防員防火服，能夠在相當長的時間內隔絕高溫，以保護消防員的安全，除此之外氣凝膠還可以用于宇航服，抗寒服，日常生活中所使用的網球拍等體育用品，工業以及建筑中的隔熱材料，車輛等交通運輸材料等等。 c4 S: }) k8 f3 e5 W4 W$ @4 {) P
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擁有既輕便又堅固的特殊材料，一直都是人類的追求，新型氣凝膠未來將走進我們生活中的衣食住行，隨著氣凝膠產業化步伐的加快，未來將在各個行業中起到引領行業變革的巨大作用，成為促進產業升級的催化劑。
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發表于 2022-11-16 15:05:06
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