《科学大众》
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冻住的轻烟
2008-11-02 23:09:19进入21世纪，有一种神奇材料将能使你的房子抵御炸弹爆炸，它还能清除水中的污染物，甚至帮助人们飞上火星，这就是气凝胶。气凝胶堪称世界上最轻的固体，但这种神奇的材料却能承受1000千克炸药的爆炸冲击波，还能隔绝1300℃的高温。科学家正在开发这一材料的各种新用途，从新一代的网球拍到能帮助人类登陆火星的超级保温太空服。科学家认为，气凝胶将是改变世界的材料。
收集彗尾尘埃
气凝胶的发明纯属偶然——1931年美国一位化学家与同事打赌的产物——将普通硅胶的水分去掉，再注入二氧化碳之类的气体，从而产生了一种如梦如幻的固体。尽管气凝胶被归类为固体，但其中99%的物质都是气体。这种气凝胶呈半透明淡蓝色，密度极小，因此人们给它起了个“冻住的烟”的绰号。
气凝胶有很好的隔热性能，还能吸收像原油一样的污染物，但早期的气凝胶非常易碎和昂贵，所以问世很久，依然被锁在实验室当摆设。直到10年前，美国宇航局开始对这种物质感兴趣，并让其发挥更为实际的用途，这种材料终于走出了实验室。
1999年，美国宇航局给其“星尘”号探测器配备了一个充满气凝胶的尘埃搜集装置，利用其极强的吸附性捕捉彗星尾部的尘埃。科学家认为，彗星微粒中包含着太阳系中最原始、最古老的物质，研究它可以帮助人类更清楚地了解太阳和行星的历史。
但收集彗星尘埃并不是件容易的事，它的速度相当于步枪子弹的6倍，尽管体积比沙粒还要小，当它以高速接触其他物质时，自身的物理和化学组成都有可能发生改变，甚至完全被蒸发，因此，收集彗星尘埃一直是令科学家头疼的事情。有了气凝胶，问题就变得简单多了。它就像一个极其柔软的棒球手套，可以轻轻地消减彗星尘埃的速度，使它在滑行一段相当于自身长度200倍的距离后慢慢停下来。在进入“气凝胶手套”后，尘埃会留下一段胡萝卜状的轨迹，由于气凝胶几乎是透明的，科学家可以按照轨迹轻松地找到这些微粒。2006年，“星尘”号飞船带着人类获得的第一批彗星尘埃样品返回地球。
2002年，美国宇航局下属的阿斯彭气凝胶公司生产了一种更坚固、更柔韧的气凝胶。现在它被用来为人类首次登陆火星时所穿的太空服研制一种保温隔热衬里，派宇航员登陆火星预定于2018年进行。该公司的一位资深科学家说，一层18毫米的气凝胶将足以保护宇航员抵御－130℃的低温。
除此之外，气凝胶还被用作未来防弹住宅和军用车辆装甲的测试。在实验室中，一个涂有6毫米气凝胶的金属板在炸药爆炸中几乎毫发无损。
走进日常生活
在日常生活中，气凝胶也有多种用途。
运动器材公司开发出一系列使用气凝胶材料的壁球和网球拍，据说这样能增强击球的力度。
有人利用气凝胶为房屋加上保温层，房屋的保温效果好多了。
登山爱好者也开始选用这种材料。英国登山爱好者安妮•帕门特在攀登珠穆朗玛峰时所穿的靴子和所用的睡袋都填充了气凝胶材料。她说：“当时唯一的问题是我的脚太热了！”但是，气凝胶并没能征服时尚界，消费者在穿上利用这种材料制成的冬季夹克以后，纷纷抱怨这种衣服太热了，之后，它就消失在衣架上。
尽管气凝胶属于一种固体，但这种物质99%是由气体构成，这使得它外观看起来像云一样。科学家们表示，因为它有数百万小孔和皱摺，所以如果把1立方厘米的气凝胶拆开，它会填满一个有足球场那么大的地方。气凝胶被科学家们描述为“终极海绵”，其表面的数百万小孔使其成为在水中吸附污染物的理想材料，用来过滤污水。科学家还研制出一种新型气凝胶，用于除去水中的铅和水银，另外一种气凝胶可吸附溢出的油。
研究人员认为，一种由铂金制成的气凝胶能用于加速氢的产生。这样的话，气凝胶就能用来生产以氢为基础的燃料。
固体轻如烟
美国宇航局喷气推进实验室研制出的一种气凝胶，它作为世界最轻的固体，正式入选吉尼斯世界纪录。这种新材料的主要成分和玻璃一样，都是二氧化硅，但它的密度仅为每立方厘米3毫克，是玻璃的千分之一。
这种新型气凝胶，主要由纯二氧化硅等组成。在制作过程中，液态硅化合物首先与能快速蒸发的液体溶剂混合，形成凝胶，然后将凝胶放在一种类似加压蒸煮器的设备中干燥，并经过加热和降压，形成多孔海绵状结构。科学家最终获得的气凝胶中空气比例占到了99.8％。
新入选吉尼斯世界纪录的气凝胶材料，特性比以往有所改进。此前，世界最轻固体的纪录由另一种气凝胶保持，它的密度为每立方厘米5毫克。
改变世界的材料
气凝胶内含大量的空气，是一种具有纳米结构的多孔材料，在力学、声学、热学、光学等诸方面均显示其独特性质。它们明显不同于孔洞结构在微米和毫米量级的多孔材料，其纤细的纳米结构使得材料的热导率极低；具有极大的比表面积。对光、声的散射均比传统的多孔性材料小得多。这些独特的性质不仅使得该材料在基础研究中引起人们兴趣，而且在许多领域蕴藏着广泛的应用前景。
相比过去发明的神奇材料——如上世纪30年代的酚醛树脂，80年代的碳纤维，以及90年代的硅——气凝胶的出现又是一大突破。这是一种神奇的材料，它是人类已知的密度最低的产品，然而用途却又极其广泛，几乎可以应用于任何领域，像过滤被污染的水，隔绝极端温度，甚至制作珠宝首饰等。科学家称，气凝胶将是改变世界的材料！
