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比空气还轻的固体材料在我国诞生
发表时间：3/21/2013 10:38:18 PM 浏览人数：768人
气凝胶是当选吉尼斯世界记载的最轻的一类物质，因其内部有许多孔隙，充满着空气，故而得名。1931年，美国科学家Kistler用二氧化硅制得了最早的气凝胶，外号 “凝结的烟”。2011年，美国HRL实验室、加州大学欧文分校和加州理工学院协作制备了一种镍构成的气凝胶，密度为0.9毫克/立方厘米，创下了其时最轻材料的记载。把这种材料放在蒲公英花朵上，柔软的绒毛几乎没有变形——这张相片当选了《天然》杂志年度十大图像，也给课题组留下了深刻印象：能不能制备出一种材料，应战这个极限？我国的石墨储藏非常丰富，占全世界的三分之二。科学家一直在探究石墨高效运用的办法。 “把石墨变成石墨烯（一种由碳原子构成的单层片状规划），其价值可以上升数千倍。”课题组通过五六年的探究，处置了微观制备微观有序的石墨烯材料的办法，制备了一维的石墨烯纤维和二维的石墨烯薄膜。这次，他们计划把石墨烯做成三维多孔材料来冲击这一记载。在实验室，记者看到了一个个大小不等的“碳海绵”：它们大的如网球，小的如酒瓶塞。在电子显微镜下，碳纳米管和石墨烯一起支撑起无数个孔隙，“就像大型体育场馆等大型空间规划，用钢筋做支架，用高强度的薄膜等做墙面，材料全体既轻且强。”课题组博士生孙海燕说，“在这里，碳纳米管就是支架，石墨烯就是墙面。” 在已报导的效果中，课题组制备的“碳海绵”仍是最轻纪录保持者——可抵达0.16毫克/立方厘米，低于氦气的密度。关联论文2月18日在线宣布在《领先材料》（Advanced Materials）上。可是，课题组关于申报吉尼斯世界记载兴趣不大，“‘轻’并不是它最大的新意地点”，课题组解说：这项效果的价值在于其简洁的制备办法，以及材料所展示出来的优胜功用。气凝胶的根本制备原理是除去凝胶中的溶剂，让其保存完好的骨架。在以往制备气凝胶的事例中，科学家首要选用溶胶—凝胶法和模板导向法。前者可以批量组成，可是可控性差；后者能发生有序的规划，但依赖于模板的精密规划和尺度，难以许多制备。课题组另辟蹊径，探究出无模板冷冻干燥法：将溶解了石墨烯和碳纳米管的水溶液在低温下冻干，便获得了“碳海绵”，而且可以尽情调理形状。“不需要模板，只与容器有关。容器多大，就可以制备多大，可以做到上千立方厘米，乃至更大。”课题组说。《天然》杂志点评的标题是：《固体碳：弹性而轻盈》。这一重生事物的功用令人惊喜。它高弹，“碳海绵”被紧缩80%后仍可恢复原状。它对有机溶剂具有超快、超高的吸附力，是已报导的吸油力最高的材料。现有的吸油产物一般只能吸本身质量10倍左右的液体，而“碳海绵”的吸收量是本身质量的250倍左右，最高可达900倍，而且只吸油不吸水。此外，“大胃王”吃有机物的速度也极快：每克这样的碳海绵每秒可以吸收68.8克有机物。这让人联想到用来处置海上的漏油：“或许某一天发生漏油时，可以把它们撒在海面上，就能把漏油迅速地吸收进来。由于有弹性，吸的油可以被压出来收回运用，碳海绵也可以从头运用。”据介绍，“碳海绵”还可能成为抱负的相变储能保温材料，催化载体以及高效复合材料。就如一个呱呱坠地的婴儿，对这一重生材料，科学家还很难精确估计它的运用领域与远景，还得依托实践社会以及产业界的想象力，让这个新材料走出实验室，完成对世界的实践运用价值。
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