探秘較輕固體——氣凝膠的前世今生

普通人聽到氣凝膠這個詞，絕大多數來自新冠肺炎病毒的傳播方式。對于很多不熟悉的人來說，氣凝膠總是有一層神秘的面紗?，F在可以和小編一起去掉這層面紗，了解什么是氣凝膠。

　　這不是煙，而是固體，確切地說是世界上較輕的固體氣凝膠。什么是氣凝膠？首先，讓我們了解一下凝膠。一定濃度的聚合物溶液或溶膠，在適當的條件下，粘度逐漸增加，較終失去流動性，整個系統成為彈性半固體，外觀均勻，保持一定形式，稱為凝膠。果凍是科學家較早認識的凝膠，它是由水或其他液體填充而成。有些凝膠是氣體充滿后形成的，即氣凝膠。1931年，美國科學家Samuel StephensKistler這種新材料被命名為aerogel，氣凝膠?！癮ero” “gel描繪這種新材料的特點，即一種由氣體填充的凝膠。與普通多孔材料相比，氣凝膠具有骨架在納米尺度的重要特點。因此，當可見光穿過時散射較小，看起來像凍煙。氣凝膠密度極低，是世界上較輕的固體。目前，較輕的氣凝膠是一種密度僅為0的全碳氣凝膠.16mg/cm3(去除空氣密度)僅為空氣密度的1/6。把這種材料放在花上，柔軟的雄蕊幾乎沒有變形。

　　制備氣凝膠的過程分為兩個步驟：制備濕凝膠，通過特殊技術干燥濕凝膠?！　≈苽錆衲z較傳統的方法是溶膠-凝膠。在溶劑中分散含有高化學活性成分的化合物，通過水解反應產生活性單體，聚合形成溶膠，然后產生具有一定空間結構的凝膠。此時生產的凝膠有點像果凍，然后進一步干燥果凍凝膠以獲得氣凝膠。由于表面張力，凝膠中液體的揮發通常會使脆弱的凝膠骨架坍塌。這個問題可以通過冷凍干燥技術來解決。在低溫下冷凍濕凝膠，然后在真空下干燥。由于冷凍過程將凝膠中的液體轉化為固體，然后在真空環境中以升華的形式脫離凝膠骨架，可以避免液體揮發導致骨架坍塌的問題，得到我們期待的氣體凝膠。

　　氣凝膠的用途是什么？我相信每個人都會有這樣的問題。答案也將是各種各樣的，它有非常低的導熱性，可以用作超級保溫材料，它可以用作電極，它可以用于污染控制

　　一般來說，氣凝膠的性能主要由兩部分貢獻：　　一部分是結構，簡單來說就是多孔性能衍生出來的性能，比如優異的隔熱性能。用火焰隔著氣凝膠加熱一朵花，花幾乎沒有損壞。此外，一些氣凝膠還具有碳海綿等優異的吸附性能。氣凝膠可制成保溫氈，柔軟﹑易裁剪﹑無機防火密度小﹑預計將取代傳統的柔性保溫材料，如玻璃纖維制品、石棉保溫氈、硅酸鹽纖維制品等?，F有吸油產品一般只能吸收質量約10倍的液體，而碳海綿的吸收量約為250倍，較高可達900倍。與此同時，碳海綿高，壓縮80%后仍能恢復原狀。這使得人們很容易想到用它來處理海上的漏油。如果你把它們撒在海上，你可以迅速吸收漏油。由于彈性，吸收的油可以壓出來回收。有望在控制海上漏油方面發揮重要作用。

　　另一部分的性能來自于構成氣凝膠骨架的納米尺度。當以氣凝膠的形式存在時，納米尺度粒子本身的某些性能往往會增強。例如，鋰電池的電極材料-二氧化錳(MnO2)當它以氣凝膠的形式存在時，鋰電池的放電性能大大提高。氣凝膠作為一種誕生于20世紀初的材料，不是較近發現的新材料，但其各方面的優良特性引起了廣泛的關注，需要不斷研究和探索。