世界上最轻的固体

　　咦，这是什么？仿佛冻住的烟。
　　这不是烟，纳米氮化硼，而是一种固体，确切地说是世界上最轻的固体——气凝胶。
　　气凝胶是什么？首先我们来认识下“凝胶”。
　　必然浓度的高分子溶液或溶胶，在适当条件下，粘度逐渐增大，最后失去活动性，整个别系酿成一种外观匀称，并保持必然形态的弹性半固体，这种弹性半固体称为凝胶。
　　果冻是最早被科学家们认识的一种凝胶，这种凝胶是被水或其他液体布满后形成的。尚有一些凝胶是被气体布满后组成的，这就是“气凝胶”。
　　1931年，美国科学家Samuel StephensKistler制备出了这种新质料，定名为“aerogel”，气凝胶。“aero”+“gel”描画出这种新质料的特点，即一种由气体填充的凝胶。
　　气凝胶对比于普通多孔质料有一个重要的特点：其骨架在纳米标准。因此，当可见光穿过期散射较小，看上去像“冻住的烟”。
　　气凝胶密度极低，是世界上最轻的固体。今朝，最轻的气凝胶是一种“全碳气凝胶”，密度仅有0.16mg/cm3（去除氛围密度），仅为氛围密度的1/6。把这种质料放在花朵上，柔软的花蕊险些没有变形。
　　气凝胶的制备进程分为两步：制备湿凝胶、将湿凝胶通过非凡手法干燥。湿凝胶最传统的制备要领是溶胶-凝胶法。将含高化学活性组分的化合物分手在溶剂中，颠末水解回响生成活性单体，活性单体聚合，形成溶胶，进而生成具有必然空间布局的凝胶。此时建造出来的凝胶有点雷同于果冻，紧接着将果冻状凝胶进一步举办干燥处理惩罚即可获得气凝胶。由于外貌张力的浸染，凡是状态下，凝胶内液体的挥发会使得凝胶懦弱的骨架坍塌。而通过冷冻干燥技能举办干燥可以办理这一问题。将湿凝胶在低温冷冻，接着置于真空条件下干燥。由于冷冻进程已经使得凝胶内的液体转变为固体，之后在真空情况中以升华的形式离开凝胶骨架，这样就可以制止了液体挥发造成骨架坍塌的问题，获得我们所等候的气凝胶。
　　“气凝胶有什么用途？”相信每小我私家城市有这样的疑问。答复也会是各式百般，“它有着极低的热导率，可以作为超等隔热质料”“它可以用作电极”“它可以用于污染管理”
　　总的来讲，气凝胶的机能主要由两部门孝敬：一部门是布局，纳米氮化硼，简朴地说就是由多孔性质衍生出的机能，好比优良的隔热机能。用火焰隔着气凝胶对一朵花举办加热，花朵险些没有任何损伤。另外，某些气凝胶还表示出优异的吸附机能，如“碳海绵”。气凝胶可以建造成为保温毡，具有柔软﹑易裁剪﹑密度小、无机防火﹑整体疏水、绿色环保等特性，有望替代玻璃纤维成品、石棉保温毡、硅酸盐纤维成品等不环保、保温机能差的传统柔性保温质料。现有的吸油产物一般只能吸自身质量10倍阁下的液体，而“碳海绵”的接收量是250倍阁下，最高可达900倍。同时，“碳海绵”具备高弹性，被压缩80%后仍可恢复兴状。这让人很容易想到用它来处理惩罚海上的漏油，将它们撒在海面上，就能把漏油迅速地接收进来，因为有弹性，吸的油可以或许被压出来接纳操作。有望在管理海上漏油方面发挥重要浸染。
　　另一部门的机能来历于组成气凝胶骨架的身分处于纳米标准。纳米标准粒子自己具有的某些机能，以气凝胶的形式存在时，往往会获得加强。好比锂电池的电极质料——二氧化锰(MnO2)，当它以气凝胶的形式存在时，锂电池的放电机能获得了大幅度提高。
　　作为一种降生于20世纪初的质料，气凝胶本不属于最近发明的“新质料”，然而其各方面的优良特性使其受到遍及存眷，这种质料的应用还需要去不绝研究、摸索。