我国接连亮出新科技发明新神器,颠覆西方人的认知

从最巨大的轮船、飞机到最微小的纳米机器人,从最坚硬到最柔软的材料……人类一直在努力创造着、打破着各种世界之最。

这不,2013年,“世界上最轻的材料”这一纪录被我国科学家打破后。

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凝固的烟

2015年,我国再次刷新纪录,制造出0.12毫克每立方厘米的最轻材料。那么,这些超轻的材料有什么作用呢?

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这种世界上最轻的材料叫气凝胶。气凝胶其实并不是最近才有,早在1931年,人们就用二氧化硅制造出了它。气凝胶的内部有很多孔隙,孔隙里面充满空气,所以非常轻。为了形容它的轻,人们还给它取了一个外号——凝固的烟。

2011年,美国科学家以镍材料做出的气凝胶,成为了当时世界上最轻的材料。

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在真空中,1立方厘米的这种气凝胶只有0.9毫克重,比空气还要轻。

然而,作为世界上最轻的材料,它的纪录还没保持多久,就被打破了。

2012年,英国和德国的几位科学家研制出了全球最轻的气凝胶,他们还给这种气凝胶取了一个非常酷的名字,叫作“飞行石墨”。1立方厘米的“飞行石墨”只有0.18毫克重。

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超轻“碳海绵”

碳海绵如此的轻,它是怎么做出来的?

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在电子显微镜下,可以看到碳海绵里面有大量的碳纳米管和石墨烯,正是这两种物质共同支撑起了那无数个小孔隙。就像大型的体育场馆一样,先用钢筋做支架,再用高强度的薄膜做墙壁。而碳海绵,就是利用碳纳米管做支架,石墨烯做墙壁。

以前,科学家虽然能制备气凝胶,但由于工艺的缘故,难以批量生产。而现在,我国发明的新工艺,可以批量生产碳海绵。

纤维气凝胶

追求最轻的材料,科学家们没有止步。2015年,我国东华大学的俞建勇院士、丁彬教授带领的纳米纤维研究团队在超轻纤维材料研究上获新成果,他们利用普通纤维膜材料开发出了一种超轻、超弹的纤维气凝胶,经中国计量认证结果显示,这种纤维气凝胶的固态材料密度仅为0.12毫克每立方厘米。这比我国之前研制的碳海绵还要轻0.04毫克每立方厘米。

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气凝胶可以作为激光材料以及各种服装或者是航空航天方面的材料。特别的是我国的863项目的激光技术就在研究这个。而且有报道说外军的新型军服有使用他做填充材料,因为强度大。

最轻材料可以用来做什么

一、清理石油污染

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气凝胶所采用的材料不同,用途也会不同。像浙江大学研制的那种名叫碳海绵的气凝胶,弹性很好,被压缩80%后还可以恢复原状。它对油具有超快、超高的吸附力,是目前吸油能力最强的材料。现在的吸油产品,一般只能吸收自身重量10倍左右的油,而碳海绵的吸油量是它自身重量的250倍,最高可达900倍,神奇的是,碳海绵只吸油不吸水。

二、吸附星际尘埃

处理石油污染只是碳海绵的一个用处,早在1999年,美国航空航天局就利用气凝胶的特性,用它来吸附星际尘埃。

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在“星尘号”上,安装有一个气凝胶样品采集器,主要用来吸附彗星尘埃和星际尘埃。

当“星尘号”探测器穿过彗星尘埃时,彗星尘埃的速度很快,约为6.1千米每秒,这差不多是步枪子弹初速的9倍。如果用常规方法收集这些尘埃粒子,由于过快的冲击速度,彗星尘埃的的外形和化学结构会发生变化,有的甚至会完全被汽化。

为了在收集时不破坏它们,气凝胶样品采集器使用了硅基固体材料,内部有海绵那样的多孔结构,99.8%的空间被真空填充,当尘埃颗粒撞上气凝胶后,其减速并最终停止的过程就像飞机在跑道上滑行制动减速一样。

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三、隔热和隔音

气凝胶固有的特性使它们还能成为绝好的隔热(保温)和隔音材料。

在下方火焰的烧烤下,上方的的花朵无损,气凝胶表现出了强大的隔热性能。

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除了成为最理想的保温隔热材料,气凝胶还是很棒的吸音材料。比如我国2015年研制的这种纤维气凝胶,它可以在100-6300Hz宽频段内的高效吸音。

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