如果你走在街上，下班路上或者是遛彎途中，突然接受到一個(gè)臨時(shí)的采訪，只有一個(gè)問(wèn)題：“請(qǐng)說(shuō)出你認(rèn)為最輕的東西？”你會(huì)撓撓腦袋，短暫思索，然后給出自以為正確的答案。如果你是一個(gè)耄耋之年的老人，對(duì)新鮮的科技鮮有耳聞，也許會(huì)說(shuō)最輕的東西是棉花。如果你是一個(gè)剛剛學(xué)過(guò)物理的初中生，也許會(huì)說(shuō)最輕的東西是靜電吸引的塵埃，當(dāng)然，如果你也學(xué)了化學(xué)也許會(huì)說(shuō)得更加微觀，比如電子或者質(zhì)子。但嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，這些不能算是實(shí)物。如果你是個(gè)技術(shù)宅，關(guān)注科技前沿，那么你一定知道，目前世界上最輕的東西是“全碳?xì)饽z”。
這東西到底有多輕，形容詞也許很難表達(dá)到位，所以科學(xué)家們想到了一個(gè)絕佳的展示方法，將一塊100立方厘米的“全碳?xì)饽z”放在一朵正在盛開(kāi)的花朵上，脆弱的花瓣毫不費(fèi)力地支撐著這團(tuán)看上去很重的“龐然大物”。
值得驕傲和自豪的是，這一成果是由我國(guó)浙江大學(xué)的科學(xué)家研究獲得的，最早于2013年2月18日在線發(fā)表在于材料科學(xué)界權(quán)威的學(xué)術(shù)雜志《先進(jìn)材料》期刊上，并被《自然》（2013年2月28日的第494期）雜志在“研究要聞”欄目中重點(diǎn)配圖評(píng)論。這兩本雜志本身，就是對(duì)其成果的一個(gè)有力的肯定。
氣凝膠的發(fā)展研究非?？?，2011年，美國(guó)HRL實(shí)驗(yàn)室、加州大學(xué)歐文分校和加州理工學(xué)院合作制備了一種鎳構(gòu)成的氣凝膠，密度為0.9毫克/立方厘米，創(chuàng)下了當(dāng)時(shí)最輕材料的紀(jì)錄。過(guò)了一年，最輕的世界紀(jì)錄保持者就由德國(guó)科學(xué)家制造的一種名為“石墨氣凝膠”的材料所刷新，“石墨氣凝膠”的密度為每立方厘米0.18毫克。又過(guò)了一年，準(zhǔn)確地說(shuō)，僅僅過(guò)了三個(gè)月，浙江大學(xué)所研發(fā)的“全碳?xì)饽z”就以每立方厘米0.16毫克的密度登頂世界最輕的記錄。研究人員還為這種“全碳?xì)饽z”起了一個(gè)萌萌噠的名字叫做“碳海綿”，有沒(méi)有一種想要摸摸的沖動(dòng)。
也許普通人對(duì)于每立方厘米0.16毫克的密度沒(méi)有概念，下面我們簡(jiǎn)單做一個(gè)對(duì)比。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，空氣的密度約為每立方厘米1.29毫克。也就是說(shuō)，這種物質(zhì)幾乎是空氣密度的十分之一。“全碳?xì)饽z”里面的顆粒達(dá)到了納米量級(jí)，所以可見(jiàn)光經(jīng)過(guò)它時(shí)會(huì)發(fā)生瑞利散射①，恰似陽(yáng)光穿透空氣一般。因此，如果它里面沒(méi)有參雜雜質(zhì)，看上去會(huì)和天空發(fā)著幽幽的藍(lán)色，這為它贏得一個(gè)相當(dāng)文藝的名稱，叫做“藍(lán)煙”。
可以看得出來(lái)，不管是“石墨”還是“全碳”，其后綴都是氣凝膠，那么，到底什么是氣凝膠呢？
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，氣凝膠是一種固體物質(zhì)形態(tài)，世界上密度最小的固體。密度為3千克每立方米。氣凝膠的種類很多，有硅系，碳系，硫系，金屬氧化物系，金屬系等等。
氣凝膠又稱為干凝膠。乍一聽(tīng)，感覺(jué)很奇怪，怎么又是“氣”又是“干”呢，看上去似乎有些矛盾。當(dāng)我們深入了解氣凝膠的含義之后，就會(huì)發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)稱呼都非常合理。凝膠脫去大部分溶劑，使凝膠中液體含量比固體含量少得多，或凝膠的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中充滿的介質(zhì)是氣體，外表呈固體狀，這即為干凝膠，也稱為氣凝膠。
氣凝膠非常常見(jiàn)，我們的頭發(fā)和指甲也屬于氣凝膠的一種。另外，如明膠、阿拉伯膠、硅膠等都屬于氣凝膠。
看上去這種最輕的東西似乎弱不禁風(fēng)，但其實(shí)，在很多高科技的領(lǐng)域，氣凝膠都有著前景可觀的應(yīng)用。
首先，在粒子物理實(shí)驗(yàn)中，會(huì)使用氣凝膠來(lái)作為切連科夫效應(yīng)②的探測(cè)器。氣凝膠介于液體與氣體之低折射系數(shù)特性，還有其高透光度與固態(tài)的性質(zhì)，具有傳統(tǒng)使用低溫液體或是高壓空氣的作法無(wú)可比擬的作用。另外，在航天領(lǐng)域，氣凝膠也發(fā)揮著不可或缺的作用。氣凝膠雖然看似脆弱，實(shí)則堅(jiān)固，最高能承受1400攝氏度的高溫。它可以承受相當(dāng)于自身質(zhì)量幾千倍的壓力，在溫度達(dá)到1200攝氏度時(shí)才會(huì)熔化。此外它的導(dǎo)熱性和折射率也很低，絕緣能力比最好的玻璃纖維還要強(qiáng)39倍。俄羅斯“和平”號(hào)空間站和美國(guó)“火星探路者”探測(cè)器上，都使用了氣凝膠材料。
我國(guó)所研發(fā)的“全碳?xì)饽z”可任意調(diào)節(jié)形狀，有著超強(qiáng)的彈性和延展性，被壓縮80%后仍可恢復(fù)原狀，已目前被報(bào)道的吸油力最強(qiáng)的材料。現(xiàn)有吸油產(chǎn)品一般只能吸自身質(zhì)量10倍左右的液體，而“全碳?xì)饽z”能吸收250倍左右，最高可達(dá)900倍，它對(duì)有機(jī)溶劑有超快、超高的吸附力。而且“全碳?xì)饽z”只吸油不吸水，這一特性可用來(lái)處理海上原油泄漏事件，把“全碳?xì)饽z”撒在海面上，就能把漏油迅速吸進(jìn)來(lái)，因?yàn)橛袕椥裕M(jìn)的油又?jǐn)D出來(lái)回收，碳海綿也可以重新使用。這樣，就達(dá)到了一舉兩得的效果。不僅治理了環(huán)境污染，又減少了經(jīng)濟(jì)損失。
世界上所有的物質(zhì)都發(fā)揮著不同的作用，一座山有一座山的作用，一粒微塵有一粒微塵的作用，不僅僅是那些鋼鐵機(jī)械和混凝土的摩天大樓對(duì)人類文明的進(jìn)步做出著貢獻(xiàn)，這些世界上最輕物質(zhì)的價(jià)值也不可忽略。又正如我們每個(gè)人都有各自的價(jià)值。
①瑞利散射：一種光學(xué)現(xiàn)象，屬于散射的一種情況。又稱分子散射。粒子尺度遠(yuǎn)小于入射光波長(zhǎng)時(shí)（小于波長(zhǎng)的十分之一），其各方向上的散射光強(qiáng)度是不一樣的，該強(qiáng)度與入射光的波長(zhǎng)四次方成反比，這種現(xiàn)象稱為瑞利散射。由于瑞利散射的強(qiáng)度與波長(zhǎng)四次方成反比，所以太陽(yáng)光譜中波長(zhǎng)較短的藍(lán)紫光比波長(zhǎng)較長(zhǎng)得紅光散射更明顯，而短波中又以藍(lán)光能量最大，所以在大氣分子的強(qiáng)烈散射作用下，藍(lán)色光被散射至彌漫天空，天空即呈現(xiàn)蔚藍(lán)色。
②切連科夫效應(yīng)指的是帶電粒子在透明介質(zhì)中以極高的速度穿過(guò)時(shí)，會(huì)發(fā)出一種特殊的光的效應(yīng)。
來(lái)源：科普中國(guó)
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