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世界最轻的材料,耐得住2000°的高温?这一领域上我国领跑全球

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奕的大朋 2021-05-10 03:15

01、引言

如果让你联想世界上最轻的东西是什么,可能第一时间脑袋里出现的便是空气了。那如果它得是固态的呢?想了老半天,好像勉强能想到最轻的东西也只有塑料袋了吧。那么如果将一团网球大小紧密压缩的塑料袋放在一朵花上会怎么样呢?

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轻盈的塑料

很显然即使再轻的物体也会压弯那朵花吧。但世界上确实有一种比塑料还要轻好多倍的材料,那就是石墨烯气凝胶。如果将它放在花上,花朵不会被压弯,甚至花蕊上的丝柱也几乎没有变化。那么石墨烯气凝胶究竟是种什么材料呢,它在生活中又有何应用呢?接着就由小芯来给大家科普科普。

石墨烯气凝胶

02、什么是气凝胶?

首先让我们来了解一下什么是凝胶。凝胶是指在溶胶或溶液中胶体粒子或高分子根据一定规则连接所形成的的空间结构,并且该结构之间的间隙充满溶胶或溶液。凝胶具有弹性、溶胀性、离浆性和多相性。举个大家最常见的例子,果冻便是凝胶制品的一种,而果冻身上的很多特性便与此有关。

果冻

气凝胶则是一种通过干燥处理方式使气体取代凝胶缝隙中的液体,从而留下具有一定规则排列的纳米级多孔材料。大家可以把凝胶想象成一个满是窟窿的山洞,里面灌满了水,而气凝胶则是把水排出注入了空气。

气凝胶制备方法

03、气凝胶的特性是什么?

那么气凝胶又有哪些特性呢?

①、密度小&质量轻。由于气凝胶的密度仅为3.55千克每立方米,仅为空气的密度的2.75倍。因此同样体积下气凝胶的质量是最轻的。而且气凝胶从外观上看起来像是一团凝固的云,正是由于其体内的空气占比最高可达99.8%,所以有时候说它是“气体”也不为过。

气凝胶

②、高耐热性。虽然气凝胶看似脆弱轻薄,但实际上其导热性能是非常优越的,最高可承受1400摄氏度的高温。有专家进行试验,将两只空心的巧克力兔子分别放于玻璃板和气凝胶板上,然后用酒精灯高温烘烤,结果玻璃板上的兔子一分钟半左右已经开始融化,到了一分五十秒的时候玻璃板则被烧穿。反观隔壁气凝胶板上的兔子直到4分钟才开始融化,到了6分钟才因融化不稳掉落,而气溶胶板直到兔子掉落都始终没有烧穿的迹象。

近两分钟后被烧穿玻璃板的巧克力兔子

气凝胶板上3分钟后开始轻微融化的巧克力兔子

③、高弹性&超强吸附力。据悉,气凝胶即使被压缩80%后仍然可恢复原状。而且除此之外气凝胶也有着十分强大的吸附能力,它可吸附自身体积250%的液体,并且值得一提的是气凝胶仅仅只会吸油,并不会吸水,所以这对处理石油环境污染有着巨大的作用。



高弹性

吸附力

也因此,各项性能卓越的气凝胶也广泛应用于防爆服、航天科技领域、环境生态领域。而且根据溶胶或溶液的不同,气凝胶的种类和特性也会发生细微的改变,就如我们生活中常见的明胶、阿拉伯胶、硅胶等都是气凝胶制品。所以气凝胶可以说得上是现代科技生活的万金油。

气凝胶的应用领域

04、石墨烯气凝胶

而如果将石墨烯作为气凝胶的基底,便可得到世界上最轻的材料——石墨烯气凝胶。

气凝胶一般指的是硅气凝胶,它的研发也是源于一次偶然,是1931年美国科学家Kistler与其好友打赌之下所研制的产物。而石墨烯气凝胶则是在2013年,由我国浙江大学高分子系教授高超所带领的团队夜以继日所研制出来的。

浙江大学高分子系教授高超

石墨烯气凝胶不仅打破了此前由美国保持的最轻气凝胶记录——镍气凝胶,并且其密度甚至还比镍气凝胶缩小了约60倍。可以说是做到当前世界上的极致轻便且坚固。

立在麦穗上的石墨烯气凝胶

石墨烯气凝胶的研发不仅有助于建筑行业、家装建材的改进,同时对于我国航天科技研发、安全材料开发、环境保护等都起到了不小的作用。从前的大多数科技都是我们在追赶外国,听他们制定规则,我们遵守规则然后不断拼搏,而到如今我国的许多科技都慢慢走到了世界的前列,我们也从规则的遵守者慢慢变成了规则的制定者,5G如此、超高压电传输如此、石墨烯气凝胶亦如此。

石墨烯气凝胶

所以小芯相信未来我国对于材料领域的研发和改进一定也会越来越好的。而关于石墨烯气凝胶,各位还有什么想说的请在下方评论区留言。

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