神奇的固體材料——氣凝膠

        有一種材料，雖然是固體，卻無比輕盈，看起來好像一股嫋嫋的藍煙，如夢似幻，這就是目前世界上最輕的固體材料——氣凝膠。

        什麼是凝膠？

        顧名思義，凝膠就是凝聚的膠體。膠體是介於溶液和濁液之間的一種混合物，其顆粒大小在1-100nm之間（溶液中的顆粒<1nm，濁液中的顆粒>100nm)。膠體的顆粒都帶有同種電荷，因此在一般狀態下，由於同種電荷相互排斥，這些顆粒無法碰撞結合。但是如果在膠體中混入電解質，這些顆粒所帶的電荷就會被電解質中帶電粒子的電荷中和，顆粒間不再發生電荷互斥，而是碰撞結合，形成凝膠。

        什麼是氣凝膠？

        我們知道，凝膠中的膠體顆粒早已相互結合，但是這些顆粒並不像石榴籽那樣緊密地挨在一起，而是連結成了空間網狀結構。這樣的空間網狀結構存在大量的孔洞，而孔洞中又充斥著液體。在不破壞空間網狀結構的前提下，將這些液體抽離，任氣體充盈在結構周圍，便形成了氣凝膠。

        氣凝膠能做什麼？

        氣凝膠有很多種，如氧化物氣凝膠、有機炭氣凝膠、碳化物氣凝膠、金屬氣凝膠、多組分氣凝膠等。

        二氧化矽（SiO2）氣凝膠是一種較為出色的氧化物氣凝膠，它的孔隙率高達80%-99.8%，室溫狀態下導熱效率極低。因此，二氧化矽氣凝膠是一種非常好的隔熱材料。而且二氧化矽氣凝膠的折射率接近空氣，使得太陽光可以輕易地從中穿過。憑藉這種隔熱透光的特性，二氧化矽氣凝膠已在太陽能利用以及建築節能等方面有所應用。

        全碳氣凝膠，是浙江大學研製出的一種氣凝膠材料。這種材料具有極強的吸附能力，現有吸油產品一般可吸附約自身質量10倍的有機溶劑，而全碳氣凝膠卻可吸附自身質量最高可達900倍的有機溶劑。而且，它的吸附效率也十分驚人，1克全碳氣凝膠每秒鐘便能吸附68.8克的有機物。此外，全碳氣凝膠的結構韌性也非常優良，即便被數千次壓縮至原體積的20%也可迅速復原。

        如今，氣凝膠已被廣泛應用於許多領域，製造出如氣凝膠體育器材、氣凝膠電池、氣凝膠房屋、氣凝膠登山鞋等新型產品。不過，要使氣凝膠產品走進千家萬戶，似乎還需要一些時間。相信未來，科學家們會研製出更多性能優異的氣凝膠，並推動它們的廣泛應用，造福人類生活。

本作品為「科普中國-科學原理一點通」原創，轉載時務請註明出處。

        本文由北京市第六十五中學一級教師 胡曉豔進行科學性把關。