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水凝胶和气凝胶,原来是这样来的!

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每次看到保温杯、航天隔热材料,甚至一些高科技的伤口敷料和保湿面膜都感觉背后藏着一个个神奇的实验室。今天就来聊聊那些在科研界风头正劲的材料一水凝胶和气凝胶。
先说水凝胶,它就像一个弹弹的"水宝宝",是锁水小能手。
它的奥秘在于一种叫"交联聚合"的变身术。最常见的是丙烯酰胺类水凝胶,它的单体是丙烯酰胺,交联剂是N,N'-亚甲基双丙烯酰胺,引发剂是过硫酸铵+TEMED,几分钟就能变出一个水凝胶宝宝。
如果想让它变成温敏的,换个N-异丙基丙烯酰胺就行。而且,用光引发剂,用紫外光一照就能成型,超酷!
天然的水凝胶也很厉害,比如明胶,溶在温水里,加点戊二醛就能交联;海藻酸钠遇到氯化钙,瞬间变凝胶,还能喷射打印成丝;壳聚糖在微酸性溶液里,用戊二醛或者磷酸钠交联,也能变出神奇的水凝胶。
再说气凝胶,它是多孔材料的天花板,轻得像云朵,隔热超棒!
它的核心是构建一个多孔网络,然后把里面的液体赶走,但又不能让结构塌掉。
硅基气凝胶是最典型的,用四乙氧基硅烷(TEOS)做前驱体,加点乙醇和水,用盐酸慢慢水解,再加氨水让硅醇缩合,形成Si-O-Si骨架。
最难的是干燥,超临界干燥是把乙醇换成液态CO2,然后在高压釜里加热升压,进入超临界状态,慢慢泄压就能得到完美的气凝胶。冷冻干燥也很神奇,把凝胶冻到-80C,然后升华水分,特别适合有机改性或者生物衍生的凝胶。
这两种材料的应用超广,水凝胶可以做伤口敷料、保湿面膜,气凝胶能做航天隔热材料、保温杯。下次看到这些高科技产品,就知道它们是怎么来的啦!

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