氣凝膠是世界上密度最小的固體

　　世界上有很多微小的東西，那么世界上密度最小的固體又是什么呢?以下小編給大家整理了關(guān)于世界上密度最小的固體的資料，希望對你們有幫助。

　　氣凝膠是世界上密度最小的固體

　　氣凝膠，又稱為干凝膠。當(dāng)凝膠脫去大部分溶劑，使凝膠中液體含量比固體含量少得多，或凝膠的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中充滿的介質(zhì)是氣體，外表呈固體狀，這即為干凝膠，也稱為氣凝膠。如明膠、阿拉伯膠、硅膠、毛發(fā)、指甲等。氣凝膠也具凝膠的性質(zhì)，即具膨脹作用、觸變作用、離漿作用。

　　氣凝膠是一種固體物質(zhì)形態(tài)，世界上密度很小的固體之一。密度為3千克每立方米。一般常見的氣凝膠為硅氣凝膠，其最早由美國科學(xué)工作者Kistler在1931年因與其友打賭制得。氣凝膠的種類很多，有硅系，碳系，硫系，金屬氧化物系，金屬系等等。aerogel是個(gè)組合詞，此處aero是形容詞，表示飛行的，gel顯然是凝膠。字面意思是可以飛行的凝膠。任何物質(zhì)的gel只要可以經(jīng)干燥后除去內(nèi)部溶劑后，又可基本保持其形狀不變，且產(chǎn)物高孔隙率、低密度，則皆可以稱之為氣凝膠。

　　因?yàn)槊芏葮O低，目前最輕的氣凝膠僅有0.16毫克每立方厘米，比空氣密度略低，所以也被叫做“凍結(jié)的煙”或“藍(lán)煙”。由于里面的顆粒非常小(納米量級)，所以可見光經(jīng)過它時(shí)散射較小(瑞利散射)，就像陽光經(jīng)過空氣一樣。因此，它也和天空一樣看著發(fā)藍(lán)(如果里面沒有摻雜其它東西)，如果對著光看有點(diǎn)發(fā)紅。(天空是藍(lán)色的，而傍晚的天空是紅色的)。由于氣凝膠中一般80%以上是空氣，所以有非常好的隔熱效果，一寸厚的氣凝膠相當(dāng)20至30塊普通玻璃的隔熱功能。即使把氣凝膠放在玫瑰與火焰之間，玫瑰也會絲毫無損。

　　氣凝膠在航天探測上也有多種用途，在俄羅斯“和平”號空間站和美國“火星探路者”的探測器上都有用到這種材料。氣凝膠也在粒子物理實(shí)驗(yàn)中，使用來作為切連科夫效應(yīng)的探測器。位在高能加速器研究機(jī)構(gòu)B介子工廠的Belle 實(shí)驗(yàn)探測器中一個(gè)稱為氣凝膠切連科夫計(jì)數(shù)器(Aerogel Cherenkov Counter, ACC) 的粒子鑒別器，就是一個(gè)最新的應(yīng)用實(shí)例。這個(gè)探測器利用的氣凝膠的介于液體與氣體之低折射系數(shù)特性，還有其高透光度與固態(tài)的性質(zhì)，優(yōu)于傳統(tǒng)使用低溫液體或是高壓空氣的作法。同時(shí)，其輕量的性質(zhì)也是優(yōu)點(diǎn)之一。

　　氣凝膠最初是由S.Kistler命名，由于他采用超臨界干燥方法成功制備了二氧化硅氣凝膠，故將氣凝膠定義為：濕凝膠經(jīng)超臨界干燥所得到的材料，稱之為氣凝膠。在90年代中后期，隨著常壓干燥技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，90年代中后期普遍接受的氣凝膠的定義是：不論采用何種干燥方法，只要是將濕凝膠中的液體被氣體所取代，同時(shí)凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基本保留不變，這樣所得的材料都稱為氣凝膠。氣凝膠的結(jié)構(gòu)特征是擁有高通透性的圓筒形多分枝納米多孔三位網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，擁有極高孔洞率、極低的密度、高比表面積、超高孔體積率，其體密度在0.003-0.500 g/cm-3范圍內(nèi)可調(diào)。(空氣的密度為0.00129 g/cm-3)。

　　氣凝膠的制備通常由溶膠凝膠過程和超臨界干燥處理構(gòu)成。在溶膠凝膠過程中，通過控制溶液的水解和縮聚反應(yīng)條件，在溶體內(nèi)形成不同結(jié)構(gòu)的納米團(tuán)簇，團(tuán)簇之間的相互粘連形成凝膠體，而在凝膠體的固態(tài)骨架周圍則充滿化學(xué)反應(yīng)后剩余的液態(tài)試劑。為了防止凝膠干燥過程中微孔洞內(nèi)的表面張力導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)的破壞，采用超臨界干燥工藝處理，把凝膠置于壓力容器中加溫升壓，使凝膠內(nèi)的液體發(fā)生相變成超臨界態(tài)的流體，氣液界面消失，表面張力不復(fù)存在，此時(shí)將這種超臨界流體從壓力容器中釋放，即可得到多孔、無序、具有納米量級連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的低密度氣凝膠材料。

　　浙江大學(xué)高分子系高超教授的課題組制備出了一種超輕氣凝膠。它刷新了目前世界上最輕材料的紀(jì)錄，擁有高彈性和強(qiáng)吸油能力。這種被稱為“全碳?xì)饽�膠”的固態(tài)材料密度為每立方厘米0.16毫克(拋出空氣密度)，僅是空氣密度的1/6。 專家介紹，氣凝膠是入選吉尼斯世界紀(jì)錄的最輕的一類物質(zhì)，因其內(nèi)部有很多孔隙，充斥著空氣，故而得名。

　　1931年，美國科學(xué)家用二氧化硅制得了最早的氣凝膠，外號 “凝固的煙”。2011年，美國 約8立方厘米的“碳海綿”(3張) HRL實(shí)驗(yàn)室、加州大學(xué)歐文分校和加州理工學(xué)院合作制備了一種鎳構(gòu)成的氣凝膠，密度為0.9毫克/立方厘米，創(chuàng)下了當(dāng)時(shí)最輕材料的紀(jì)錄。把這種材料放在蒲公英花朵上，柔軟的絨毛幾乎沒有變形。 我國的石墨儲備非常豐富，占全世界的2/3。

　　科學(xué)研究人員一直在探索石墨高效利用的方法。“把石墨變成石墨烯(一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu))，其價(jià)值可以上升數(shù)千倍。”高超的課題組經(jīng)過五六年的探索，制備出了一維的石墨烯纖維和二維的石墨烯薄膜。打算把石墨烯做成三維多孔材料來打破這美國科學(xué)家的紀(jì)錄。

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