浙大實驗室誕生超輕氣凝膠堪稱世界上最輕的固體材料

2020-11-30 中國網科學頻道

光明日報杭州3月19日電（通訊員周煒、朱海洋潘劍凱）今天從浙江大學獲悉，該校高分子系高超教授的課題組成功製備出一種超輕氣凝膠，取名「碳海綿」。該成果刷新了目前世界上最輕固體材料的紀錄，彈性和吸油能力令人驚喜，被《自然》雜誌重點配圖評論。

　　花芯上的8立方釐米的超輕氣凝膠。 光明日報通訊員汪曉勇攝

據了解，氣凝膠是入選金氏世界紀錄的最輕的一類物質，因其內部有很多孔隙，充斥著空氣，故而得名。2011年，由美國HRL實驗室、加州大學歐文分校和加州理工學院合作製備的一種鎳構成的氣凝膠，密度為0.9毫克/立方釐米，創下了當時最輕的紀錄。

「你看，把這種材料放在蒲公英花朵上，柔軟的絨毛幾乎沒有變形。」高超指著這張入選《自然》雜誌年度十大圖片的照片說道。圖片給高超留下了深刻印象，「當時我就在想，能不能製備出一種材料，挑戰這個極限。」

高超告訴，課題組這些年一直從事石墨烯宏觀材料的研發，兩年前，他們打算把石墨烯（碳的二維形態）做成三維多孔材料來衝擊這一紀錄。

在浙江大學的實驗室裡，看到了這些大小不等的「碳海綿」：大的如網球，小的如酒瓶塞。在電子顯微鏡下，碳納米管和石墨烯共同支撐起無數個孔隙。

「值得欣喜的是，這種氣凝膠實現了批量合成，可控性也大大提高。」高超告訴，以往科學家主要採用溶膠—凝膠法和模板導向法來製備氣凝膠。「前者可以批量合成，但可控性差；後者能產生有序的結構，但依賴於模板的精細結構和尺寸，難以大量製備。」

課題組另闢蹊徑，探索出無模板冷凍乾燥法，將溶解了石墨烯和碳納米管的水溶液在低溫下凍幹，便獲得了「碳海綿」，還可以任意調節形狀。「不需要模板，只與容器有關。容器多大，就能製備多大。」高超說。

了解到，高超課題組製備的「碳海綿」密度只有0.16毫克/立方釐米，是最輕紀錄保持者。《自然》雜誌點評說：它高彈，被壓縮80%後仍可恢復原狀；對有機溶劑具有超快、超高的吸附力，是已報導的吸油力最高的材料。

採訪時，高超表示對申報金氏世界紀錄興趣不大，他說：「輕並不是它最大的新意所在，這項成果的價值在於其簡便的製備方法，以及材料所展現出來的優越性能。」

「也許某一天發生漏油時，可以把它們撒在海面上，就能把漏油迅速地吸收進來。因為有彈性，吸的油能夠被壓出來回收利用，碳海綿也能重新使用。」據高超介紹，碳海綿還可能成為理想的相變儲能保溫材料、催化載體以及高效複合材料，「但要讓這個新材料走出實驗室，實現其應用價值，還得依靠現實社會以及產業界的想像力。」

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