气凝胶:材料界的"幽灵",密度小性能惊人
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说到材料界的"幽灵",气凝胶必须拥有姓名!它堪称材料界的"六边形战士",密度极小,但性能却相当惊人。
它有多轻呢?轻到什么程度呢?它的孔隙率极大,热传导率却很低。这是因为它的纳米微孔洞孔径,比空气的主要成分氨气和氧气分子的自由程还要小,所以空气难以发生对流,从而抑制了气体分子对热的传导。同时,纳米多孔材料中颗粒的接触面很小,也限制了固态热传导。简单说,就是由多孔结构衍生出的隔热性能。
这种超强的隔热能力,在国防工业里派上了大用场。用它作为航空发动机的隔热材料,不仅能起到极好的隔热作用,还能减轻发动机的重量。
它还有其他很多厉害的地方,比如良好的绝缘性、阻燃性和隔音性。在建筑、电子、化工等领域,它都能绽放光芒。
那这个神奇的气凝胶到底是怎么来的呢?它其实是由液态的胶体(液溶胶)凝聚得到的凝胶制备的。
它的制备过程很有意思,如果在液溶胶凝聚形成凝胶的过程中,控制好一定的条件,就可以形成不同结构的纳米团簇。这些团簇之间相互粘连,就形成了凝胶体。凝胶体的固态骨架周围,会充满反应后剩余的液态试剂。
接下来,把这种凝胶置于高压容器中加压升温,使凝胶内的液体发生相变,形成超临界态流体。再把超临界流体缓慢抽出,就可以使凝胶的网络结构保持完整,从而得到气凝胶。