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世界上最輕的固體材料 氣凝膠比空氣還輕可防彈
2019-10-06 22:02:12 來源: 】【繁體

世界上最輕的固體材料是什么材料?氣凝膠,又稱為干凝膠。當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,或凝膠的空間網狀結構中充滿的介質是氣體,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、指甲等。氣凝膠也具凝膠的性質,即具膨脹作用、觸變作用、離漿作用。下面就跟360常識網一起具體看看世界上最輕的固體材料等相關內容。

世界上最輕的固體材料

氣凝膠定義

氣凝膠是一種固體物質形態,世界上密度最小的固體。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。任何物質的gel只要可以經干燥后除去內部溶劑后,又可基本保持其形狀不變,且產物高孔隙率、低密度,則皆可以稱之為氣凝膠。

因為密度極低,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“凍結的煙”或“藍煙”。由于里面的顆粒非常小(納米量級),所以可見光經過它時散射較小(瑞利散射),就像陽光經過空氣一樣。因此,它也和天空一樣看著發藍(如果里面沒有摻雜其它東西),如果對著光看有點發紅。(天空是藍色的,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驗中,使用來作為切連科夫效應的探測器。位在高能加速器研究機構B介子工廠的Belle實驗探測器中一個稱為氣凝膠切連科夫計數器(Aerogel Cherenkov Counter,ACC)的粒子鑒別器,就是一個最新的應用實例。這個探測器利用的氣凝膠的介于液體與氣體之低折射系數特性,還有其高透光度與固態的性質,優于傳統使用低溫液體或是高壓空氣的作法。同時,其輕量的性質也是優點之一。

氣凝膠特性

氣凝膠,作為世界最輕的固體,已入選吉尼斯世界紀錄。這種新材料密度僅為3.55千克每立方米,僅為空氣密度的2.75倍;干燥的松木密度(500千克每立方米)是它的140倍。這種物質看上去像凝固的煙,但它的成分與玻璃相似。由于它的密度極小,用于航空航天方面非常合適。

美宇航局噴氣推進實驗室,該實驗室瓊斯博士研制出的新型氣凝膠,主要由純二氧化硅等組成。在制作過程中,液態硅化合物首先與能快速蒸發的液體溶劑混合,形成凝膠,然后將凝膠放在一種類似加壓蒸煮器的儀器中干燥,并經過加熱和降壓,形成多孔海綿狀結構。瓊斯博士最終獲得的氣凝膠中空氣比例占到了99.8%。

氣凝膠因其半透明的色彩和超輕重量,有時也被稱為“固態煙”或“凍住的煙”。這種新材料看似脆弱不堪,其實非常堅固耐用,最高能承受1400攝氏度的高溫。氣凝膠的這些特性在航天探測上有多種用途。俄羅斯“和平”號空間站和美國“火星探路者”探測器上,都用到了氣凝膠材料。

美國國家宇航局研制出的一種新型氣凝膠,由于密度只有每立方厘米3毫克,日前已經作為“世界上密度最低的固體”正式入選《吉尼斯世界紀錄》。

這種氣凝膠呈半透明淡藍色,重量極輕,因此人們也把它稱為“固態煙”。新型氣凝膠是由美國國家宇航局下屬的“噴氣推進實驗室”材料科學家史蒂芬·瓊斯博士研制的。它的主要成分和玻璃一樣也是二氧化硅,但因為它99.8%都是空氣,所以密度只有玻璃的千分之一。

氣凝膠貌似“弱不禁風”,其實非常堅固耐用。它可以承受相當于自身質量幾千倍的壓力,在溫度達到1200攝氏度時才會熔化。此外它的導熱性和折射率也很低,絕緣能力比最好的玻璃纖維還要強39倍。由于具備這些特性,氣凝膠便成為航天探測中不可替代的材料,俄羅斯“和平”號空間站和美國“火星探路者”探測器都用它來進行熱絕緣。

氣凝膠在航天中的應用遠不止這些,美國國家宇航局的“星塵”號飛船正帶著它在太空中執行一項十分重要的使命———收集彗星微粒。科學家認為,彗星微粒中包含著太陽系中最原始、最古老的物質,研究它可以幫助人類更清楚地了解太陽和行星的歷史。2006年,“星塵”號飛船將帶著人類獲得的第一批彗星星塵樣品返回地球。

但收集彗星星塵并不是件容易的事,它的速度相當于步槍子彈的6倍,盡管體積比沙粒還要小,可是當它以如此高速接觸其它物質時,自身的物理和化學組成都有可能發生改變,甚至完全被蒸發。如今科學家有了氣凝膠,這個問題就變得很簡單了。它就像一個極其柔軟的棒球手套,可以輕輕地消減彗星星塵的速度,使它在滑行一段相當于自身長度200倍的距離后慢慢停下來。在進入“氣凝膠手套”后,星塵會留下一段胡蘿卜狀的軌跡,由于氣凝膠幾乎是透明的,科學家可以按照軌跡輕松地找到這些微粒。


氣凝膠,作為世界最輕的固體,已入選吉尼斯世界紀錄。這種新材料密度僅為3.55千克每立方米,僅為空氣密度的2.75倍;干燥的松木密度(500千克每立方米)是它的140倍。這種物質看上去像凝固的煙,但它的成分與玻璃相似。由于它的密度極小,用于航空航天方面非常合適。

美宇航局噴氣推進實驗室,該實驗室瓊斯博士研制出的新型氣凝膠,主要由純二氧化硅等組成。在制作過程中,液態硅化合物首先與能快速蒸發的液體溶劑混合,形成凝膠,然后將凝膠放在一種類似加壓蒸煮器的儀器中干燥,并經過加熱和降壓,形成多孔海綿狀結構。瓊斯博士最終獲得的氣凝膠中空氣比例占到了99.8%。

氣凝膠因其半透明的色彩和超輕重量,有時也被稱為“固態煙”或“凍住的煙”。這種新材料看似脆弱不堪,其實非常堅固耐用,最高能承受1400攝氏度的高溫。氣凝膠的這些特性在航天探測上有多種用途。俄羅斯“和平”號空間站和美國“火星探路者”探測器上,都用到了氣凝膠材料。

美國國家宇航局研制出的一種新型氣凝膠,由于密度只有每立方厘米3毫克,日前已經作為“世界上密度最低的固體”正式入選《吉尼斯世界紀錄》。

這種氣凝膠呈半透明淡藍色,重量極輕,因此人們也把它稱為“固態煙”。新型氣凝膠是由美國國家宇航局下屬的“噴氣推進實驗室”材料科學家史蒂芬·瓊斯博士研制的。它的主要成分和玻璃一樣也是二氧化硅,但因為它99.8%都是空氣,所以密度只有玻璃的千分之一。

氣凝膠貌似“弱不禁風”,其實非常堅固耐用。它可以承受相當于自身質量幾千倍的壓力,在溫度達到1200攝氏度時才會熔化。此外它的導熱性和折射率也很低,絕緣能力比最好的玻璃纖維還要強39倍。由于具備這些特性,氣凝膠便成為航天探測中不可替代的材料,俄羅斯“和平”號空間站和美國“火星探路者”探測器都用它來進行熱絕緣。

氣凝膠在航天中的應用遠不止這些,美國國家宇航局的“星塵”號飛船正帶著它在太空中執行一項十分重要的使命———收集彗星微粒。科學家認為,彗星微粒中包含著太陽系中最原始、最古老的物質,研究它可以幫助人類更清楚地了解太陽和行星的歷史。2006年,“星塵”號飛船將帶著人類獲得的第一批彗星星塵樣品返回地球。

但收集彗星星塵并不是件容易的事,它的速度相當于步槍子彈的6倍,盡管體積比沙粒還要小,可是當它以如此高速接觸其它物質時,自身的物理和化學組成都有可能發生改變,甚至完全被蒸發。如今科學家有了氣凝膠,這個問題就變得很簡單了。它就像一個極其柔軟的棒球手套,可以輕輕地消減彗星星塵的速度,使它在滑行一段相當于自身長度200倍的距離后慢慢停下來。在進入“氣凝膠手套”后,星塵會留下一段胡蘿卜狀的軌跡,由于氣凝膠幾乎是透明的,科學家可以按照軌跡輕松地找到這些微粒。

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