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气凝胶,石墨烯气凝胶我们已经量产的材料是如何为祝融号保驾护航?

作者: 美星首页发表时间:2021-12-26 13:44:20浏览量:1584

气凝胶,石墨烯气凝胶的应用
文本标签:气凝胶,石墨烯气凝胶

目前随着世界上的科技发展,逐渐研制出许多体积与质量是原来材质几分之一甚至十几分之一的新型产品,它们的功效相同,可是携带起来就更加方便,我们今天要的这种气凝胶就是这样一个高科技的产品,它跟随我国首辆火星车“祝融号”登上了火星,而它的功效就是帮助火星车隔热,并且还可以保证火星车不沾染外星灰尘,为“祝融车”真正做到遮风挡雨,那么这种石墨烯气凝胶是如何被发明的呢?它又是做什么用的?本期子牙童趣知识局就带领大家来了解这种比空气还轻的黑科技究竟有着怎样的过人之处。

气凝胶又叫做干凝胶,虽然它的名字中带胶,可是却跟我们传统意义上的胶没有任何关系,气凝胶只是一种固体的物质形态,它是目前世界上已知的密度最小的材料,虽然是固体形态,可是气凝胶的百分之九十九都是气体,它非常轻,是世界上最轻的固体,而且它的一大特点就是弹性非常强并且还具有着极强的吸附性,所以用来做一些隔热材料以及运用在航空的探测器上具有着自己得天独厚的优势,那么这种如此轻便好用的材料到底是如何被发明出来的呢?

气凝胶的发明源自于1931年,当时一位名叫吉斯特勒的美国科学家偶然间受到果冻的启发,我们都知道果冻的主要成分就是水,可是果冻却可以将水变成固体的形态,并且不会让水流出,可以维持这种状态将水牢牢的所在里面,吉斯特勒突然意识到,为什么不可以依靠果冻的这种特性研制出一种类似于果冻的科学用品呢?果冻的本质就是溶胶失去流动性后形成的半固态的物质,而这种物质含有的水分含量极高,所以果冻也被称为水凝胶。

吉斯特勒将自己的想法付诸实践,并且将水凝胶中的水分抽取出来,将气体放置进去,他首先利用硅胶作为自己试验的对象,利用一种名为超临界干燥法的方法,将硅胶中的水分利用酒精全部置换成气体,之后将气体全部放出,就得到了世界上第一个气凝胶。研制出气凝胶后,这位科学家就开始研究气凝胶的用处,经过多次试验后吉斯特勒发现,当硅胶变成了气凝胶后由于内部本应该有的水分被置换成为气体,而气体又全部被放出,所以气凝胶在外界看起来就像是一张没有任何填充的网格,所以看起来自然十分脆弱,可是事实却并非是这样,气凝胶拥有着无与伦比的承受能力,它们甚至可以承受超过自己重量一千倍的压力。

这一发现一经发表,便立即引起了世界范围内的广泛关注,随着关注气凝胶的人越来越多,气凝胶的其他用处也逐渐被人们发掘,首先气凝胶的内部虽然有着众多的空隙,可是这些空隙宽度都是纳米级别的,所以这种物质隔绝外界空气的能力非常厉害,无论是冷空气亦或者是热空气气凝胶都可以做到完美阻挡,许多人认为气凝胶虽然可以很好的隔绝外界气体,可是当它遇到过热的高温时会融化,其实完全不用有这样的担心,因为气凝胶的熔点达到了一千两百摄氏度,而这样的温度在地球上一般的生活中是非常难达到的,所以气凝胶在隔绝冷热空气时的突出贡献与作用是毋庸置疑的。

第二个能力就是气凝胶在环境保护以及化学工业方面的突出贡献了,因为气凝胶是纳米结构的典型代表,所以它完全可以作为一种过滤气体的新型材料,并且气凝胶的气孔分布十分均匀,所以在过滤的过程中净化空气的效率也是非常高的,不仅如此,气凝胶还可以运用在声学延迟中,经过实验人们发现,气凝胶可以大幅度的提高声波的传输效率,还可以将声强大幅度的提高。

第三点也是最重要的一点就是气凝胶在航天事业上的应用,气凝胶作为完美的隔热材料,可以非常好地被搭载在航天器上,并且可以最大程度地减少航天器与大气层摩擦时产生的热量,从而可以更好的保护航天器,延长它们的使用寿命,并且我们上面已经讲过,气凝胶拥有着纳米级别的空隙,所以将气凝胶放置在航天器上,可以为航天器很好的隔绝外界的灰尘,保持航天器的正常运转,而气凝胶不仅可以做到隔绝,还可以根据人们的需要,完美的做到吸收。

当代科学家在研究太空陨石时,总是不太容易将其中的微小颗粒带回地球,而彗星作为其中非常具有参考性的太空物体,就更不容易被抓去,因为它们的速度极快,并且颗粒也十分微小,而利用气凝胶可以很好的将彗星颗粒拉入自己的体内,这些颗粒因为比气凝胶的密度更大,所以很容易在气凝胶体内越陷越深,并且气凝胶中拥有众多空隙,所以不会与体内的彗星颗粒发生任何的化学反应,破坏它的研究价值,并且在气凝胶体内彗星颗粒依旧可以继续自己的太空运动,这对于科学家研究太空以及彗星运动都有着非常大帮助。

我国对于气凝胶的研究起步是比较晚的,可是研究的时间完却并不代表速度赶不上其他国家,中国人素来以勤奋著称,中国速度更是名不虚传,所以我国虽然起步较晚,可是对于气凝胶却有着非常多的研究,甚至如今已经走在了世界的前端,成为了气凝胶领域的领军人物,在2013年,浙江大学的科研人员就在前任研究的基础之上,利用碳纳米管以及石墨烯研制出一种超清的气凝胶,而这款气凝胶更是创下了世界最轻的记录。

这款气凝胶的重量甚至已经轻过了空气,可是它的作用却并没有因为体

变轻而大打折扣,反而更加加强了,这种气凝胶的吸收量是自身的两百五十倍,甚至可以达到九百倍,不仅如此,它们有着非常稳定的性质,即使被压缩百分之八十,仍然可以保持着原来的样子示人,而这样的性质,无论是在我们日常的生活还是在我国的科学领域都有着重大的实践作用,可以帮助人们解决生活中的许多问题。

此次我国将火星车“祝融号”以及火星探测器“天问一号”上都搭载了我国航天科工三院306研发的石墨烯气凝胶材料,目的就是为了帮助这些火星的探测器可以更好的适应火星的极端天气,众所周知,火星的气温一直都以极端著称,气温最高可以达到零上三百摄氏度,最低将会下降到零下一百二十摄氏度左右,所以这样的天气也是我国探测火星的一大挑战,而利用气凝胶自身隔绝冷热的特性可以很好的解决这一问题,帮助我国的火星探测更上一层楼。

在石墨烯气凝胶这一黑科技的帮助之下,我国的太空探测也将会顺利许多,除此之外,气凝胶所具有的质量轻、吸附性强、隔绝气温以及结构稳定的特性也可以利用到我们的日常生活中,而这也完美的适应了社会上许多行业的硬性需要,所以我们也可以期待气凝胶大量量产使用的那一天。

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