来源于中国军网对气凝胶的报导

气凝胶置于花蕊上，花蕊几乎不会变形。肖　暘摄

2023年1月，中外科研机构的科学家们通过天问一号传回来的数据，获得了“火星日凌”的研究成果。

2021年，天问一号着陆火星，开启了火星探测之旅。这并非一次轻松的旅程，天问一号必须要经历“冰与火”的考验——着陆时，发动机产生的热量，会让周围温度骤升至1000℃以上；巡视阶段，天问一号搭载的祝融号火星车，又不得不在-130℃左右的环境下工作。

什么样的材料，能耐得住如此炎热与严寒？又是什么样的材料，能让火星车上科学载荷能在如此恶劣的环境下顺利进行火星探测？

本期将为您介绍：材料世界的新秀——气凝胶。

脑洞大开的奇思妙想

说起果冻来，大家并不陌生。果冻凭借着柔软多汁的口感，受到孩子们欢迎。像果冻这样，由一定浓度的高分子溶液或溶胶在适当条件下形成的、没有流动性并保持一定形态的弹性半固体，被称为凝胶。

您是否想过，生活中不可或缺的空气，如果有一天被制成凝胶，那会是一种什么样的体验？

气凝胶是一种以纳米胶体粒子相互聚集构成纳米骨架和纳米多孔网络结构，并且在孔隙中充满气态分散介质的轻质固态材料。气凝胶的内部结构就像我们日常吃的馒头，有很多孔，还有面粉形成的骨架。与馒头不同的是，在气凝胶的内部结构中，孔的尺寸相对更加均匀，孔径比馒头的小了约100万倍，且气凝胶中孔与孔之间大多是相通的。同样，气凝胶的骨架粒径同面粉骨架相比，也小了约1000倍。

由于这种特殊的结构，气凝胶在空气中呈现像烟雾一样的状态。因此，它又被称为“冻烟”。材料学家马克·米奥多尼克这样描述他在实验室邂逅气凝胶的感受：“它是透明的，却奇怪地呈乳白色，很像珠宝的全息图，是虚幻不实的物质……我忍不住胡思乱想，难道它是从外星人的宇宙飞船上抢来的？”

气凝胶的诞生，来自一个天才的奇思妙想。

1931年，美国科学工作者基斯特勒（Kistler）和他的朋友打了个赌：两人相约看谁能将凝胶内的液体换成气体，同时不使固体结构发生变化。

试想一下，以果冻为例，如果想通过蒸发的方式，将凝胶内的液体与固体分离，必然会造成果冻收缩和结构坍塌。但是神奇的一幕出现了——经历一次又一次实验，基斯特勒通过酒精超临界干燥技术解决了这个难题，气凝胶就此诞生。不过，这个时候的气凝胶制备工艺耗时长、难度大，并没有得到广泛应用。

直到20世纪70年代，科学家以甲醇溶剂作为超临界干燥介质，制备出二氧化硅气凝胶，气凝胶的制备工艺因此大大简化，沉睡了40多年的气凝胶研究领域开始苏醒。

如今，气凝胶已经形成了一个庞大的家族。这个大家族里，主要分为3部分成员：无机气凝胶、有机气凝胶和有机-无机杂化气凝胶。

无机气凝胶，顾名思义，是以无机物为基体。无机气凝胶可以耐高温，使用温度一般可以达到600℃以上。

有机气凝胶以有机物为主体，一般具有高强度、柔韧性良好的特点，常常在中低温（不超过400℃）的条件下使用。

有机-无机杂化气凝胶，则是利用有机物和无机物各自的优势，实现气凝胶材料的功能。例如，二氧化硅气凝胶具有低热导率、耐高温等特点，是一种性能优异的隔热材料。但它强度低、材质脆，难以直接使用。而有机物气凝胶一般都具备较好的韧性。因此，将有机气凝胶和二氧化硅气凝胶结合，可以增强二氧化硅气凝胶的强度，同时也会因为有机物结构的改变，赋予杂化气凝胶特定的功能。

2021年，学术期刊《科学》杂志将气凝胶列为十大热门科学技术之一。2022年，国际纯粹与应用化学联合会将气凝胶列入2022年度化学领域十大新兴技术。时至今日，气凝胶的诞生已有将近一个世纪，但科学界对气凝胶的研究仍然热度不减。

目前，人类可制备的气凝胶多种多样，每种气凝胶都有其专属且有趣的性能，并且已经在高科技设备和日常生活中成功应用。随着制备工艺不断完善和科技水平不断发展，气凝胶研制成本逐步降低。我们相信，气凝胶将会更广泛地应用于各行各业，为各个领域带来令人惊喜的变化。

来源于：中国军网

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