中国将量产世界最轻固体 航天领域作用巨大
发布时间: 2013-10-17 22:04:41
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中国将量产世界最轻固体 航天领域作用巨大
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中国科学院在化学研究方面接连取得成就
日常生活中气凝胶的使用仍然十分罕见，对它的应用研究大多停留在实验室阶段，或集中在极少数的高精尖领域。
王真
密度仅为空气的1/6、高孔隙率、大比表面积和极低的热导率……气凝胶身上如此完美的性质，使它毫无疑问地荣升为世界上最轻的固体物质。据报道，目前气凝胶的最低密度可以达到0.16 mg/cm3。
鉴于此，诸多科学家把气凝胶认为是“改变世界的神奇材料”，并预言将在化学、光学、电学以及航空航天、生命科学等领域具有重要的应用前景。
世界上第一块气凝胶诞生于1931年，美国科学家Kistler首次使用超临界干燥法将二氧化硅凝胶中的液体用空气置换出来，完整地保持了凝胶的网络结构，得到了半透明的二氧化硅气凝胶。鉴于气凝胶独特的性质，自问世以来气凝胶材料的研究一直受到广泛的关注。
应用研究停留在实验室
然而，时至今日，在我们的日常生活中气凝胶的使用仍然十分罕见，对它的应用研究大多停留在实验室阶段，或集中在极少数的高精尖领域。
究其原因，主要有两方面：第一，气凝胶低密度、高孔隙率的特点使得这种材料非常脆弱，在实际应用环境中的耐用性较差;第二，凝胶的干燥过程非常复杂，常规条件会导致严重的体积收缩，通常须使用超临界干燥技术，涉及高温高压、特殊装置，且制备程序烦琐、非连续、周期长、产量低，使得它的生产成本居高不下。
针对二氧化硅气凝胶强度差的弱点，目前一个行之有效的手段是在二氧化硅凝胶中引入有机组份。
在这方面，国内外的研究人员通过努力，的确已经得到具有一定柔韧性的有机-无机杂化气凝胶。但遗憾的是，这种方法的弊端在于使气凝胶的制备工艺更加烦琐，同时还伴随着气凝胶密度的大幅度增加，而这，却与其低密度的特点相悖。
另一方面，为了替代超临界干燥技术，研究人员也在不断探索新的干燥技术。如常压干燥法，既不涉及高压，又在干燥过程中对凝胶有增强作用。
但由于这种方法无法避免毛细力对凝胶孔结构的破坏，因此所制备的样品仍会发生收缩，严重情况下会导致样品破碎，难以大规模制备，同时常压干燥法需要使用大量的溶剂，难以避免高成本和环境污染问题。因此，通过经济、便捷的途径制备力学性能优异的低密度气凝胶具有重要意义。