打开APP
userphoto
未登录

开通VIP,畅享免费电子书等14项超值服

开通VIP
从3D打印石墨烯气凝胶看超轻材料发展历程





这是一则振奋人心的消息,一个材料兼具了“3D打印”“石墨烯”“气凝胶”“超轻”这么多热点的词,想想也是蛮牛的样子。从官方的资料上看,作者还是蛮客观地写了是“超轻材料”,不过三人成虎,这几天陆续传出的新闻就变成“最轻材料”。



如果没有记错,目前关于世界最轻的材料的新闻报道应该是2015年我国东华大学俞建勇院士、丁彬教授带领的团队开发的一种超轻、超弹的纤维气凝胶,经中国计量认证结果显示,这种纤维气凝胶的固态材料密度仅为0.12毫克每立方厘米。和哈工大老师制备的3D打印石墨烯气凝胶密度0.5千克每立方米相比,还是略轻一筹。

 

关于最轻材料的追求之路,科学家们一直在努力


  • 2011年,美国科学家以镍材料做出的气凝胶,成为了当时世界上最轻的材料。在真空中,1立方厘米的这种气凝胶只有0.9毫克重,比空气还要轻。


把这种用镍做成的气凝胶放在蒲公英上,柔软的绒毛几乎没有变形。


  • 2012年,英国和德国的几位科学家研制出了全球最轻的气凝胶——“飞行石墨”。1立方厘米的“飞行石墨”只有0.18毫克重。


“飞行石墨”不沾水


  • 2013年3月,我国浙江大学的一个研究小组,利用碳纳米管和石墨烯制备出了一种超轻气凝胶——“碳海绵”。真空中,1立方厘米的碳海绵只重0.16毫克,是普通空气的1/7左右,比同体积的氦气还要轻。


柔弱的几根花蕊就能支撑起碳海绵


最轻材料可以用来做什么?


一、清理石油污染

 

气凝胶所采用的材料不同,用途也会不同。像浙江大学研制的那种名叫碳海绵的气凝胶,弹性很好,被压缩80%后还可以恢复原状。它对油具有超快、超高的吸附力,是目前吸油能力最强的材料。现在的吸油产品,一般只能吸收自身重量10倍左右的油,而碳海绵的吸油量是它自身重量的250倍,最高可达900倍,神奇的是,碳海绵只吸油不吸水。

 

二、吸附星际尘埃

 

处理石油污染只是碳海绵的一个用处,早在1999年,美国航空航天局就利用气凝胶的特性,用它来吸附星际尘埃。

 

在“星尘号”上,安装有一个气凝胶样品采集器,主要用来吸附彗星尘埃和星际尘埃。


带有气凝胶样品的采集器


当“星尘号”探测器穿过彗星尘埃时,彗星尘埃的速度很快,约为6.1千米每秒,这差不多是步枪子弹初速的9倍。如果用常规方法收集这些尘埃粒子,由于过快的冲击速度,彗星尘埃的的外形和化学结构会发生变化,有的甚至会完全被汽化。

 

为了在收集时不破坏它们,气凝胶样品采集器使用了硅基固体材料,内部有海绵那样的多孔结构,99.8%的空间被真空填充,当尘埃颗粒撞上气凝胶后,其减速并最终停止的过程就像飞机在跑道上滑行制动减速一样。

 

三、隔热和隔音

 

气凝胶固有的特性使它们还能成为绝好的隔热(保温)和隔音材料。


气凝胶的表面已经变红,而下方的人员无恙


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2013年已经确定,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扛住1300℃的高温和零下130℃的超低温。“这是我见过的最有效的恒温材料。”马克如是说。

 

除了成为最理想的保温隔热材料,气凝胶还是很棒的吸音材料。比如我国2015年研制的这种纤维气凝胶,它可以在100-6300Hz宽频段内的高效吸音。

 

四、防弹不怕被炸

 

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。根据试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,就算炸药直接炸中,对金属片也分毫无伤。

 

五、网球拍击球能力更强

 

新型气凝胶也将步入我们每个人的未来日常生活。比如说美国的Dunlop体育器材公司已经成功研发了含有气凝胶的网球拍。这种网球拍据说击球的能力更强;2012年年初,66岁的鲍博·斯托克成为第一个将气凝胶用于住房的英国人:“保温加热的效果非常好,我将空调的温度下降了5℃,结果室内的温度仍然非常舒适。”登山者也对气凝胶的运用充满了希望。英国登山家安尼·帕尔门特2011年登珠峰时所穿的鞋子就是使用了部分气凝胶材料,他的睡袋里也有一层这种新材料。


本站仅提供存储服务,所有内容均由用户发布,如发现有害或侵权内容,请点击举报
打开APP,阅读全文并永久保存 查看更多类似文章
猜你喜欢
类似文章
【热】打开小程序,算一算2024你的财运
我国再次刷新世界最轻材料记录!像气体一样轻!它能做什么呐?
世界上最轻的固体材料,比空气还轻的固体—【世界之最网】
世界最轻材料,中国造(新知)
气凝胶
密度比空气小,用火烧不烂的最轻固体,中国再创未来材料之王
石墨烯气凝胶可直接3D打印了 将广泛用于能量存储等领域
更多类似文章 >>
生活服务
热点新闻
分享 收藏 导长图 关注 下载文章
绑定账号成功
后续可登录账号畅享VIP特权!
如果VIP功能使用有故障,
可点击这里联系客服!

联系客服