如煙如霧的固體

高峰

打賭中誕生

氣凝膠的發(fā)明純屬偶然。1931年，美國有一位名叫克里斯特勒的化學(xué)家在和別人打賭時(shí)，無意中發(fā)明了一種物質(zhì)，他把這種新物質(zhì)稱為“冷凍煙霧”。

克里斯特勒首先將普通硅膠的水提出來，再注入二氧化碳等氣體取代水，結(jié)果產(chǎn)生了這種如夢如幻的固體——?dú)饽z。

這種固體的特別之處在于，盡管它是一種固體，但是組成這種固體的大約99%物質(zhì)卻都是氣體。

這種神奇的固體具有抗高溫和吸油污的特性，但由于早期的氣凝膠造價(jià)昂貴而且非常易碎，一直被鎖在實(shí)驗(yàn)室里，成了找不到實(shí)際用途的擺設(shè)。

直到10多年前，美國國家航空航天局對這個(gè)養(yǎng)在深閨無人識的物質(zhì)產(chǎn)生了濃厚的興趣，開始探索其更多的實(shí)質(zhì)用途。

世界上最輕的固體

氣凝膠是世界上已知密度最低的人造發(fā)泡物質(zhì)。這種氣凝膠密度僅為3毫克/立方厘米（大約是空氣的3倍），有極高的彈性和表面積，如果展開一盎司（即28.35克）的“凝煙”，可以鋪滿三個(gè)足球場。

“弱不禁風(fēng)”的強(qiáng)者

別看這種氣凝膠貌似“弱不禁風(fēng)”，其實(shí)非常堅(jiān)固耐用。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℃時(shí)才會熔化。

氣凝膠的導(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。由于具備這些特性，氣凝膠便成為航天探測中不可替代的材料，俄羅斯“和平號”空間站和美國“火星探路者”探測器都用它來進(jìn)行熱絕緣。

美國國家航空航天局現(xiàn)在已經(jīng)確定，在2018年火星探險(xiǎn)時(shí)，航天員們將穿上用新型氣凝膠制造的航天服。只要在航天服中加入一個(gè)18毫米厚的氣凝膠夾層就足以在低至零下120℃的環(huán)境里保護(hù)航天員。

防彈是新型氣凝膠的第二個(gè)重要用途。美國國家航空航天局的一家公司正在對用氣凝膠建造的住所和軍車進(jìn)行測試。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)情況來看，如果在金屬片上加一層厚約6毫米的氣凝膠，那么，就算被炸藥直接炸中，金屬片也毫發(fā)無損。

環(huán)保衛(wèi)士是新型氣凝膠扮演的第三個(gè)重要角色。科學(xué)家將氣凝膠親切地稱為“超級海綿”，其表面有成百上千萬的小孔，是非常理想的吸附水中污染物的材料。美國科學(xué)家新發(fā)明的氣凝膠現(xiàn)在已經(jīng)能吸出水中的鉛和水銀。

驚人的隔熱材料

在吉尼斯紀(jì)錄中，氣凝膠擁有多達(dá)15個(gè)吉尼斯紀(jì)錄，遠(yuǎn)多于其他材料。由于氣凝膠中99.8%是空隙，使得它看起來是半透明的。

氣凝膠是一種令人驚奇的隔熱材料和絕緣體。如果你擁有一塊氣凝膠制成的擋板，你就可以很容易抵擋住噴火管對你的噴射。它既可防冷，又可擋熱。因此，未來人類能用它在月球上構(gòu)建一個(gè)保暖罩。

氣凝膠“手套”

1999年，美國國家航空航天局給其“星塵號”探測器裝備了一種塞滿氣凝膠的棒球手套，用于捕捉彗星尾部的塵埃。

科學(xué)家認(rèn)為，彗星微粒中包含著太陽系中最原始、最古老的物質(zhì)，研究它可以幫助人類更清楚地了解太陽和行星的歷史。但收集彗星星塵并不是件容易的事，它們的速度相當(dāng)于步槍子彈的6倍，盡管體積比沙粒還要小，可是當(dāng)它們以如此高速接觸其他物質(zhì)時(shí)，自身的物理和化學(xué)組成都有可能發(fā)生改變，甚至完全被蒸發(fā)。

不過，科學(xué)家運(yùn)用氣凝膠，立刻使這個(gè)問題就變得簡單了。氣凝膠就像一個(gè)極其柔軟的棒球手套，可以輕輕地消減彗星星塵的速度，使它們在滑行一段相當(dāng)于自身長度200倍的距離后慢慢停下來。在進(jìn)入氣凝膠“手套”后，星塵會留下一段胡蘿卜狀的軌跡，由于氣凝膠幾乎是透明的，科學(xué)家可以按照軌跡輕松地找到這些微粒。

走進(jìn)日常生活

氣凝膠也正走進(jìn)我們的日常生活。運(yùn)動器材公司鄧祿普已經(jīng)研制出一系列用氣凝膠加固的壁球和網(wǎng)球球拍。據(jù)說這種球拍能釋放更大的力量。英國諾丁漢60多歲的鮑勃·斯托克爾擁有了一套用氣凝膠隔熱的房子，他也因此成為擁有這種房子的第一位英國人。他說：“保溫效果大大提高了，這真是一個(gè)不可思議的變化。”

登山者也開始從氣凝膠中受益。一位英國登山者安妮·帕曼特爾登上了珠穆朗瑪峰，在登山過程中，她使用了配備氣凝膠襯底的登山靴和睡袋。她說：“我遇到的惟一麻煩是我的腳總是太熱，作為一個(gè)登山者，我樂于碰到這種麻煩?！?/p>

不過，氣凝膠還沒有征服時(shí)尚界。雨果·鮑斯公司推出了一系列用這種材料制成的冬季夾克，但在消費(fèi)者紛紛抱怨這種衣服太熱之后不得不下架。

氣凝膠的外觀看起來像云一樣?？茖W(xué)家表示，因?yàn)樗袛?shù)百萬個(gè)小孔和皺褶，所以如果把1立方厘米的氣凝膠拆開，它能鋪滿一個(gè)足球場。它的小孔不僅能像海綿一樣吸附污染物，還能充當(dāng)氣穴。研究人員認(rèn)為，一些由鉑金制成的氣凝膠能用于加速氫的產(chǎn)生。這樣的話，氣凝膠就能用來生產(chǎn)以氫為基礎(chǔ)的燃料。