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“能上天”的二氧化硅气凝胶都能做什么

作者:创通石英 来源: 日期:2021/7/22 18:26:36 人气:14 标签:

 

作为一种被科学界誉为“改变世界的神奇材料”,二氧化硅气凝胶自问世以来就受到大量的关注。它是一种具有纳米孔隙结构的轻质材料,孔隙率可以高达99.8%,可见光可以从中间穿过,同时会发生瑞利散射,让最常见的二氧化硅气凝胶肉眼看上去像是被冻住的蓝色烟雾,因此它还有着“蓝烟”的绰号。

随着关注度的上升,气凝胶在各个领域均不断有研发成果涌现,尤其在航空航天领域更是已有不少实绩。在盘点气凝胶“上天”后派上的用场之前,我们先总结一下它的主要特点:

①质量轻,气凝胶的最低密度仅为0.16 mg/cm3(真空中),为空气密度的八分之一;

②隔热强,气凝胶几乎能阻止热传递的全部路径,从而达到其他材料几乎无法达到的隔热效果;

③承受力大,可以承受自身重量的几十倍的压力,因此具备一定的抗冲击能力。

因为导热性和折射率很低,绝缘能力也比最好的玻璃纤维还要强39倍,这些特性使得气凝胶成为航天探测上不可替代的材料。比如说俄罗斯“和平”号空间站和美国火星探路者探测器都用它来进行热绝缘,帮助宇航员以及各种仪器扛住外太空极端的温度,目前气凝胶已经成为美国国家航空航天局宇宙飞船的标准绝热材料。

最近的中国的“天问一号”火星探测器和“祝融号”火星车也采用了两种气凝胶组件来对抗火星“冰火两重天”的温度考验,一是耐高温纳米气凝胶隔热组件,用于阻隔着陆发动机所产生的1200℃的高温热流,保护着陆平台的正常功能;二是耐低温纳米气凝胶组件则用于“祝融号”火星车的表面,这样就能确保火星车能够在-130℃的环境下正常工作。

另外,气凝胶还能收集彗星微粒,2006年时美国NASA报道通过使用密度呈梯度变化的二氧化硅气凝胶材料成功实现了高速彗星尘埃粒子的捕获——气凝胶在这里起到的作用就像一个网兜子,速度高达6000m/s的 高速粒子会从低密度的一端进入气凝胶,通过在气凝胶内进行无损减速,最终可以在高密度的一端实现了“软着陆”,最终这些收集而来的彗星星尘中包含着太阳系中最原始、最古老的物质,因此可以更好地帮助人类了解太阳和行星的历史。

科学家甚至设想了二氧化硅气凝胶可用于改造火星环境的愿景。在火星上,接近80%的二氧化碳与水冰一同被冻结在两极,于是科学家就有了这样的一个构思,不去试图改变整个火星的环境,而是利用二氧化硅气凝胶可透过光、能阻挡紫外线辐射以及保温隔热的功能,在火星表面建起一个由二氧化硅气凝胶构成的“穹顶”,既让阳光穿透,为光合作用提供足够的阳光;又能阻挡热量流失,使水冰和冻结的二氧化碳融化,让被其覆盖的地区永久性变暖,变成一种适合居住的环境。

虽然“上天”看似很有逼格,但似乎不够亲民,因此随着二氧化硅气凝胶制作成本的降低,近年来它的民间应用也有了很大的进展,不仅出得外太空,也能入得日常生活。比如说最近几年很火的气凝胶防寒服就是个比较成功的商业例子。

来源:粉体应用技术

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