气凝胶:“冻结的烟雾”

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  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,甚至帮人们飞上火星。这就是气凝胶,世界上最轻的固体之一。它能承受1000公斤炸药的爆炸冲击波,还能隔绝1300摄氏度以上的高温。
  科学家们正在努力探索这种物质的新用途,使其和20世纪30年代的酚醛树脂、80年代的碳纤维和90年代的硅等材料一样,被应用于从日常生活到高科技的各个领域。科学家甚至相信,如果使用得当,气凝胶将改变整个世界。
  
  一、打赌中诞生
  
  气凝胶的发明纯属偶然。1931年,美国一位化学家与同事打赌,将普通硅胶的水分取掉,再注入二氧化碳等气体,结果产生了一种如梦如幻的固体。这种固体的特别之处在于,尽管它号称固体,但99%的物质却是气体,因此,外界给它起了个“冻结的烟雾”的绰号。
  这种神奇的固体具有抗高温和吸油污的特性,但由于早期的气凝胶造价昂贵而且非常易碎,一直被锁在实验室里,成了找不到实际用途的摆设。
  直到10几年前,美国宇航局开始对这个养在深闺无人识的物质产生了浓厚的兴趣,开始探索其更多的实质用途:1999年,美国宇航局用其充满“星暴”太空探测器,然后借其极强的吸附性捕捉彗尾物质,结果大获成功——去年携着彗尾物质满载而归。
  
  二、改变世界的材料
  
  2002年,美国宇航局成立了一家公司,专门生产更结实更有韧性的气凝胶。美国宇航局现在已经确定。在2018年火星探险时,宇航员们将穿上用新型气凝胶制造的宇航服。该公司的资深科学家马克·克拉杰沃斯基说,只要在宇航服中加入一个18毫米厚的气凝胶层,那么它就能帮助宇航员承受1300摄氏度的高温和零下130摄氏度的超低温。“这是我见过的最有效的恒温材料”,马克如是说。
  防弹是新型气凝胶的第二个重要用途。美国宇航局的这家公司正在对用气凝胶建造的住所和军车进行测试。根据实验室的试验情况来看,如果在金属片上加一层厚约6毫米的气凝胶,那么,就算被炸药直接炸中,对金属片也毫发无伤。
  环保卫士是新型气凝胶扮演的第三个重要角色。科学家们将气凝胶亲切地称为“超级海绵”,其表面有成百上千万的小孔,是非常理想的吸附水中污染物的材料。美国科学家新发明的气凝胶现在已经能吸出水中的铅和水银,是处理生态灾难的绝好材料,比如说1996年“海上快车”油轮沉没后,72000吨原油外泄,如果当时用上这种材料的话,那么就不会导致整个海岸受到严重的污染。
  
  三、正走进日常生活
  
  气凝胶电正走进我们的日常生活。运动器材公司邓禄普(Dunlop)已经研制出一系列用气凝胶加固的壁球和网球球拍,据说这种球拍能释放更大的力量。今年初,英国诺丁汉66岁的鲍勃·斯托克尔拥有了一套用气凝胶隔热的房子,他也因此成为拥有这种房子的第一位英国人。他说:“保温效果大大改善了。我把自动调温器调低了5度。这真是一个不可思议的变化。”
  登山者也开始从气凝胶中受益。去年,一位英国登山者安妮·帕曼特尔穿上带气凝胶鞋垫的靴子爬上珠穆朗玛峰,就连睡袋也加有这种材料。她说:“我唯一的问题就是我的脚太热,这对一名登山者来说是一个大难题。”
  不过,它还没能征服时尚界。HugoBoss公司推出了一系列用这种材料制成的冬季夹克,但在消费者纷纷抱怨这种衣服太热之后不得不下架。
  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褶,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。它的小孔不仅能像一块海绵一样吸附污染物,还能充当气穴。研究人员认为,一些形式的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。
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