超神奇材料气凝胶：像钢铁一样硬，像空气一样轻

zsbird1223

你知道吗，这个世界存在一种近乎神话的材料：半透明，能耐受1200度的高温，具备超乎寻常的隔热、绝缘性能，以及超强的吸附能力，甚至能吸收漂在水面的石油；像钢铁一样硬，可以承受相当于自身重量几千倍的压力，同时又轻如空气，其密度最低可以到3千克/立方米，只比空气的密度稍大(常规情况下干燥空气的密度大致为1.29千克/立方米)，是世界上已知密度最小的固体之一——是的，它居然还是种固体！


这种神奇的材料就是气凝胶。它虽然是固体，但99%是由气体构成，看上去就像云一样，有“冷冻烟雾”之美名。其内部有无数小孔和皱摺，即便是把1立方厘米的气凝胶完全拆开，也能填满一个足球场。


气凝胶最早在1931年由一位美国化学家发明，但是一直因为易碎和昂贵等缺点而只是少数实验室的研究用品。这一状况在10年前因美国宇航局的介入而得到改善，从那时起，气凝胶逐渐得到一些更为实际的应用，比如说宇航服隔热等。在2006年，科学家们还成功地利用一个气凝胶“手套”，在太空中收集到了一些彗星星尘——尽管这些星尘速度是子弹的6倍，但是当它们一头扎进气凝胶中时，就像是陷入了一大团烂泥，在滑行相当于自身长度200倍的距离后就停了下来。





目前，科学家们正在研究气凝胶更多的性质和用途：超轻却超坚固的汽车？刀枪不入的防弹宝甲？或者是单手就能拎起来的个人飞行器？为什么不呢~

阿平

什么气体做的呢

zsbird1223

气体不重要，应该是多孔的物质，里面用气体填充，所以密度这么小。


材料本身应该强度很不错。

zsbird1223

气凝胶（aerogels）没有明确而固定的定义，气凝胶通常是指以纳米量级超微颗粒相互聚集构成纳米多孔网络结构，并在网络孔隙中充满气态分散介质的轻质纳米固态材料。　　美国斯坦福大学的S.S.Kistler首先用水玻璃通过溶胶-凝胶方法及超临界干燥技术制得SiO2气凝胶。 　　按其组分，可分为单组分气凝胶，如SiO2，Al2O3，TiO2，炭气凝胶（有机气凝胶炭化后得到）等；多组分气凝胶，如SiO2/Al2O3，SiO2/TiO2等。最典型的研究最多的气凝胶是单组份的SiO2气凝胶和炭气凝胶（有机气凝胶）[1]。右图为有机气凝胶。 　　气凝胶（aerogels）与干凝胶（xerogels）并非同一概念，国外相关文献指出，湿凝胶经过超临界干燥得到的是气凝胶，经过常压干燥得到的是干凝胶。严格讲，气凝胶应是块状结构，而干凝胶一般是粉体或者颗粒。 　　气凝胶因其半透明的色彩和超轻重量，有时也被称为“固态烟”或“冻住的烟”。这种新材料看似脆弱不堪，其实非常坚固耐用，不同成份的气凝胶可以承受不同的温度，常见的氧化硅气凝胶可以在绝对零度到650℃的范围内使用，有些类型的气凝胶最高能承受1400℃的高温。气凝胶的这些特性在航天探测上有多种用途。俄罗斯“和平”号空间站和美国“勇气号”火星探测器上，都用到了气凝胶材料。

beimu1009

硬度及韧性如何？
以该材料做成的建筑物会不会被风吹倒

zsbird1223

应该不会咯，碳纤维的强度现在能上十GPa了。

xiangwudc

是不是可做出真空凝胶。这样就可以浮在空气里了。

zsbird1223

回复 7# xiangwudc


    好主意。不过这个就要考虑气封性的问题了，也许这个比较麻烦。

xiangwudc

回复  xiangwudc


     好主意。不过这个就要考虑气封性的问题了，也许这个比较麻烦。 ...
zsbird1223 发表于 2010-6-17 09:06

    泡沫有通孔和闭孔两种。闭孔的单元是密封的。假如闭孔界面足够承受大气压，那么真空凝胶就一定成功。

xiangwudc

还有，只有最外一层和空气接触的闭孔界面才会承受大气压。只对最外一层加厚不就成了。

zsbird1223

泡沫有通孔和闭孔两种。闭孔的单元是密封的。假如闭孔界面足够承受大气压，那么真空凝胶就一定成功 ...
xiangwudc 发表于 2010-6-17 09:14

    可是负压或者真空的闭孔怎么形成？一般来说，泡沫的孔都是内部的存在气体膨胀形成的。呃，除非是用能够升华的物质，让它升温的时候作为气体使材料保持孔洞，然后在常温下，变成固体，这样可以也许可以达到目的。不过具体制备起来可能会很麻烦。要工业化生产，还是要看值不值得。制备总是能制备出来的。

xiangwudc

真空的概念很广，有时我们把低压也看作真空。制作时内外都处于低气压。

采用升华物质是个思路。还可以让气体与界面物质化合。

zsbird1223

回复 12# xiangwudc


    这个可以和具体的课题结合做一做，嘿嘿，可惜我不做这方面的。