凝胶材料

世界最轻固体气凝胶，一捏就碎却耐1400度高温，它到底有多神奇呢？

你知道世界上最轻的固体是什么吗？一张纸，一根羽毛，还是一粒米？都不是，而是一种叫做气凝胶的材料，它比空气还轻，看起来像一团冻住的烟。说到这里，大家不免好奇，气凝胶是什么？为什么它是世界上最轻的固体？

首先，我们要了解什么是凝胶。凝胶是一种弹性半固体、浓度很高的液体，在聚合物的作用下失去流动性后就成了凝胶。生活中最常见的凝胶就是果冻，它的内部是细腻的立体网状结构，含有99%以上的水。1931年，美国科学家受到果冻启发，将硅凝胶用极限干燥工艺脱取液体，换成砌体，填充它的网格空隙，就形成了硅气凝胶。它的成分和玻璃一样，都是二氧化硅，但二氧化硅含量不足1%，其余99.8%都是空气，是目前世界上已知密度最小的材料之一，经过90多年的发展，气凝胶已经有硅系、碳系、金属系等多种类型。

事实上，只要凝胶经干燥处理后还可以保持原有形状的，就都可以称为气凝胶。虽然他们看起来弱不禁风，但实际上非常坚固耐用，几乎可以承受自身质量几千倍的压力。比如一片两克的气凝胶就可以支撑起二点五千克的砖头。除此之外，它纳米级别的网格结构具有很强的隔绝空气能力，绝缘能力比最好的玻璃纤维还强39倍。

这一点正是气凝胶成为绝佳防寒材料的原因，三纳米厚的气凝胶防寒服就可以抵抗零下196摄氏度的冷空气轻袭，而且因为主要成分是空气，气凝胶的导热性和折射率很低，熔点更是高达1400度。有人做过这样一个实验，在气凝胶片上放一片花瓣用火枪烤气凝胶，可以明显的看到花瓣在慢慢枯萎，而直面火焰的气凝胶却没有任何变化，这个特性也让气凝胶成为了航天探测中不可缺少的材料，它的隔热性能可以最大程度的减少航天器与大气层摩擦产生的热量，从而更好地保护航天器，延长使用寿命。

目前我国很多航天探测器上都已经使用了气凝胶，例如祝融号火星车以及火星探测器天问一号。在这项技术上，我们从一开始的被限制到自主创新，再到自立自强，中国科学家又让我们见识到了中国速度。2013年，浙江大学高分子系高超教授的课题组利用踏纳米馆以及石墨烯研制出了一种超轻气凝胶碳海绵，密度为每立方厘米0.16毫克，约是空气密度的1/7，刷新了世界上最轻材料的记录。