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在最先进的气凝胶材料中,硅原子的密度是最低的,这是最先进的气凝胶,用空气代替它,一些气凝胶的密度低至0.001克/立方厘米(0.0005盎司/立方英寸)。科学家拿着烧杯。气凝胶的触觉就像硬塑料泡沫一样。它的物理外观像凝固的雾一样半透明它的绰号是"冰冻的烟雾"。气凝胶很容易破碎,不适合作为独立的窗户绝缘体,但它可以承受高达自身重量2000倍的重量。由于其制造所需的化学物质和工艺,它非常昂贵,每立方英寸(2.54立方厘米)的成本高达300美元,尽管价格在下降,但根据制造工艺的不同,存在不同的气凝胶品种,颜色和强度略有不同。气凝胶由史蒂文·基斯特勒于1931年发明,但直到六七十年代才真正实现其应用。20世纪80年代,气凝胶领域出现了复苏,美国宇航局(NASA)和伯克利实验室(Berkeley Labs)等顶尖机构在这一领域开展研究。他们被认为是冰箱中聚氨酯泡沫的替代品,也是窗户的绝缘体。在美国宇航局(NASA)的太空任务中,气凝胶被用来捕捉微陨石粒子,以进行研究,而不会破坏它们的结构在不影响硅胶整体结构的情况下,将所有的水从硅胶中释放出来当凝胶在正常温度和压力下消失时,凝胶微小孔隙中的表面张力会导致结构收缩,并将其自身缩小到原来体积的10倍左右。在气凝胶制造中,凝胶被放置在一个高温(280°C或536°F)和压力(1800磅/平方英寸)的容器中,这导致凝胶中的液体进入超临界状态,允许从液体到气体的相变,而不会伴随着收缩而导致精细的凝胶结构崩塌。这个过程被称为超临界干燥。起初,这个过程需要几天时间来制造气凝胶,但是改进已经将干燥时间压缩到几个小时。这个过程仍然是一个耗能的过程,这导致了气凝胶的高成本。气凝胶真正称得上是"太空时代的材料",是一种本质上没有类似物质的高级排列。它有一天可能会被用于从房屋隔热到新形式的一系列应用许多年轻的研究人员都专注于这种材料,将气凝胶与碳等添加剂混合,以提高其绝缘性能,或致力于减小孔径,使气凝胶尽可能透明。如果这项研究取得成果,未来的研究方向和潜在的应用将有很多。
  • 发表于 2020-09-18 04:50
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  • 分类:科学教育

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