氣凝膠是當(dāng)選吉尼斯世界記載的zui輕的一類物質(zhì)，因其內(nèi)部有許多孔隙，充滿著空氣，故而得名。1931年，美國(guó)科學(xué)家Kistler用二氧化硅制得了zui早的氣凝膠，外號(hào) “凝結(jié)的煙”。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)院協(xié)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)下了其時(shí)zui輕材料的記載。把這種材料放在蒲公英花朵上，柔軟的絨毛幾乎沒(méi)有變形——這張相片當(dāng)選了《天然》雜志年度圖像，也給課題組留下了深刻印象：能不能制備出一種材料，應(yīng)戰(zhàn)這個(gè)極限？
我國(guó)的石墨儲(chǔ)藏非常豐富，占*的三分之二?？茖W(xué)家一直在探究石墨運(yùn)用的辦法。 “把石墨變成石墨烯（一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀規(guī)劃），其價(jià)值可以上升數(shù)千倍。”課題組通過(guò)五六年的探究，處置了微觀制備微觀有序的石墨烯材料的辦法，制備了一維的石墨烯纖維和二維的石墨烯薄膜。這次，他們計(jì)劃把石墨烯做成三維多孔材料來(lái)沖擊這一記載。在實(shí)驗(yàn)室，記者看到了一個(gè)個(gè)大小不等的“碳海綿”：它們大的如網(wǎng)球，小的如酒瓶塞。在電子顯微鏡下，碳納米管和石墨烯一起支撐起無(wú)數(shù)個(gè)孔隙，“就像大型體育場(chǎng)館等大型空間規(guī)劃，用鋼筋做支架，用高強(qiáng)度的薄膜等做墻面，材料全體既輕且強(qiáng)。”課題組博士生孫海燕說(shuō)，“在這里，碳納米管就是支架，石墨烯就是墻面。”
在已報(bào)導(dǎo)的效果中，課題組制備的“碳海綿”仍是zui輕紀(jì)錄保持者——可抵達(dá)0.16毫克/立方厘米，低于氦氣的密度。關(guān)聯(lián)論文2月18日在線宣布在《材料》（Advanced Materials）上?？墒?，課題組關(guān)于申報(bào)吉尼斯世界記載興趣不大，“‘輕’并不是它zui大的新意地點(diǎn)”，課題組解說(shuō)：這項(xiàng)效果的價(jià)值在于其簡(jiǎn)潔的制備辦法，以及材料所展示出來(lái)的優(yōu)勝功用。
氣凝膠的根本制備原理是除去凝膠中的溶劑，讓其保存完好的骨架。在以往制備氣凝膠的事例中，科學(xué)家首要選用溶膠—凝膠法和模板導(dǎo)向法。前者可以批量組成，可是可控性差；后者能發(fā)生有序的規(guī)劃，但依賴于模板的精密規(guī)劃和尺度，難以許多制備。課題組另辟蹊徑，探究出無(wú)模板冷凍干燥法：將溶解了石墨烯和碳納米管的水溶液在低溫下凍干，便獲得了“碳海綿”，而且可以盡情調(diào)理形狀。“不需要模板，只與容器有關(guān)。容器多大，就可以制備多大，可以做到上千立方厘米，乃至更大。”課題組說(shuō)。
《天然》雜志點(diǎn)評(píng)的標(biāo)題是：《固體碳：彈性而輕盈》。這一重生事物的功用令人驚喜。它高彈，“碳海綿”被緊縮80%后仍可恢復(fù)原狀。它對(duì)有機(jī)溶劑具有超快、超高的吸附力，是已報(bào)導(dǎo)的吸油力zui高的材料。現(xiàn)有的吸油產(chǎn)物一般只能吸本身質(zhì)量10倍左右的液體，而“碳海綿”的吸收量是本身質(zhì)量的250倍左右，zui高可達(dá)900倍，而且只吸油不吸水。此外，“大胃王”吃有機(jī)物的速度也極快：每克這樣的碳海綿每秒可以吸收68.8克有機(jī)物。這讓人聯(lián)想到用來(lái)處置海上的漏油：“或許某一天發(fā)生漏油時(shí)，可以把它們?nèi)鲈诤Ｃ嫔?，就能把漏油迅速地吸收進(jìn)來(lái)。由于有彈性，吸的油可以被壓出來(lái)收回運(yùn)用，碳海綿也可以從頭運(yùn)用。”據(jù)介紹，“碳海綿”還可能成為抱負(fù)的相變儲(chǔ)能保溫材料，催化載體以及復(fù)合材料。
就如一個(gè)呱呱墜地的嬰兒，對(duì)這一重生材料，科學(xué)家還很難估計(jì)它的運(yùn)用領(lǐng)域與遠(yuǎn)景，還得依托實(shí)踐社會(huì)以及產(chǎn)業(yè)界的想象力，讓這個(gè)新材料走出實(shí)驗(yàn)室，完成對(duì)世界的實(shí)踐運(yùn)用價(jià)值。
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