“冻烟”改变未来

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  从太空探索到日常生活,这种新型材料都将发挥重要作用
  
  科学家正在开发一种神奇的新材料,在不久的未来,它很可能改变整个世界,“带来的影响将不亚于上世纪30年代发明的酚醛树脂、80年代的碳纤维以及影响几十年的硅”——英国《星期日泰晤士报》如此评价说。
  这种神通广大的材料就是气凝胶。这种材料几乎无所不能——用它建造的房屋能够在炸弹的爆炸中安然无恙,它还可用于清除水中的污染物,甚至人类实现飞往火星的梦想也少不了它的帮忙。
  美国西北大学化学系教授迈库里·卡纳齐季斯说:“它是人类已知的密度最低的产品,然而用途却又极其广泛。可以预见,气凝胶应用领域范围巨大,像过滤被污染的水、隔绝极端温度、甚至制作珠宝首饰等。”
  气凝胶的密度为每立方厘米3毫克,相当于玻璃的千分之一。气凝胶看上去呈云雾状,淡蓝色,所以又称为“固态烟”或者“冻结的烟雾”(简称“冻烟”)。
  中国科学院材料物理化学博士黄庆说,“冻烟”是个非常形象的比喻,它反映出气凝胶的两个特点:一个是轻,另一个是固态。看似脆弱不堪,其实非常坚固耐用。它能承受烈性炸药的爆炸冲击波,还能隔绝1300℃的高温。
  尽管气凝胶被归类为固体,但其中99%的物质都是气体。科学家说,由于材料上有上百万个小孔和皱褶,如果把1立方厘米的气凝胶全部展开的话,它可以覆盖一个足球场。
  气凝胶是从一种硅胶中抽去水分,然后注入二氧化碳等气体制成的。其实,早在1931年,一位美国化学家就发明了这种材料,但早期制成的材料非常脆弱,而且成本很高,因此使用只局限在实验室中。直到10年前,美国宇航局(NASN)开始对这种材料产生兴趣,并赋予了它更多实际的用途。
  黄庆说,从材料观点来看,气凝胶只是一个结构材料,但是有巨大的空间可供科学和技术去探索。
  1999年,NASN为“星尘”号太空探测器配备了一个充满气凝胶的尘埃收集装置,用于捕捉彗星尾部的尘埃。2004年1月在飞掠彗星“维尔德2”号时,这个形似巨型网球拍的装置,成功地捕获到彗尾的尘埃,把丰富的样本带回了地球。
  2002年,NASN创建的阿斯彭气凝胶公司生产出了一种耐受性和柔韧性更强的气凝胶。它现在正被用来制作太空服的隔热保温衬里,以便为2018年的人类登陆火星计划做准备。
  “这是我们见过的最棒的保温材料,”该公司一位科学家说,18毫米厚的气凝胶衬里就足以帮助宇航员隔绝零下130摄氏度的低温。
  美国加州理工学院喷气推进实验室教授、美国宇航局“星尘计划”副首席科学家邹哲透露说,未来月球上的建筑物很可能会采用气凝胶,因为它可以很好地保温。
  人们还在进行用气凝胶制造防爆住宅和军用装甲车的试验。在实验室中,一个涂了6毫米厚的气凝胶层的金属盘在炸药冲击波作用下几乎毫发无损。
  气凝胶还用于环保用途,处理一些环境灾祸。科学家把它称作“最佳海绵”,因为它表面的无数个小孔对吸收水中污染物是最理想的。
  比如,它可以吸附泄漏在海面上的原油。目前科学家已经研制出一种新型气凝胶,用于除去水中的铅和水银。
  中国同济大学一个研究小组则研究出一种气凝胶材料用于海水的淡化,取得了良好的海水淡化效果。
  登山爱好者也开始选用这种材料。去年,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。“当时惟一的问题是我的脚太热了,对登山者来说反倒麻烦。”
  在日常生活中,气凝胶也有多种用途。邓禄普运动器材公司开发了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。
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