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比空气还轻,却能为火星车保驾护航?中国气凝胶材料,到底多牛?
发布时间:
2021-09-06 15:39
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现在中国已经成为世界上继美国之后,第二个实现成功登陆火星的国家,天问一号不仅仅成功着陆火星表面,同时还释放出祝融号火星车,在这一过程中,一款关键材料功不可没,它就是中国自主研制的气凝胶材料,它比空气还轻,却能够为火星车保驾护航,由于密度比空气低,所以这种材料用手一捏就碎,那么它凭啥能够为火星车保驾护航?这种材料到底有多牛?
气凝胶是一种固态物质,同时也是世界上密度最小的固体,每立方米的重量仅为3千克,常见的气凝胶为硅气凝胶,当然还存在碳系,硫系,金属氧化物系,金属系等多种不同类型的产品,由于气凝胶的质量比空气略低,所以它也被称为冻住的烟雾或者蓝烟,同时它内部的颗粒又非常微小,仅为纳米级,所以对可见光的散射作用非常弱,就如同太阳光直接穿过空气一样。
那么这种材料在火星车上能够发挥什么作用呢?虽然气凝胶看似脆弱不堪,但实际上却非常坚固耐用,它可以承受自身质量几千倍的压力,并且只有在温度超过1200摄氏度时才会融化,拥有良好的绝缘性与隔热效果,其绝缘能力甚至比最好的玻璃纤维还要强上39倍,这些物理特性也导致气凝胶成为航天发射中必不可少的关键材料,比如美国航天探测器与俄罗斯和平号空间站,均采用气凝胶来作为隔热绝缘材料,所以出现在中国火星车上,也就不足为怪了。
气凝胶除了可以用来保护火星车车外,美国一家公司甚至还打算用气凝胶来研制火星宇航服,目前世界上只有三个国家具备载人航天实力,但这些国家的航天服清一色比较臃肿,在太空中活动并不方便,如果想要在火星上开展工作,身着厚重的宇航服并不合适,所以美国宇宙局已经打算,让未来登上火星的航天员直接身穿气凝胶宇航服,只需要在宇航服中添加18毫米厚的气凝胶层,就可以让宇航服扛住1300摄氏度的高温以及零下130摄氏度的超低温,绝对是制造宇航服的理想材料。
当然,气凝胶的作用远远不止着一些,作为新型材料,科学家们还考虑让气凝胶在环保方面发挥出积极作用,比如应对大气海洋污染,由于气凝胶表面有大量的小孔,具有良好的吸附作用,所以在面对海洋污染时,就可以用气凝胶制成的吸附装置来处理污染问题,从而保护海洋生态环境,地球上已经发生多起严重的原油泄露事件,几乎每一起原油泄露,都会导致严重的生态灾难,但如果有气凝胶,那么就可以让这些灾难降到最低。
目前人类对气凝胶的研究远远没有结束,除了在尝试研制出更轻的气凝胶材料外,同时也在思考如何大规模制造气凝胶,此前制备气凝胶的主要手段是除去凝胶中的溶剂,然后保留下完整的骨架,这种工艺显然不适合大量制备,所以现在科学家们尝试用无模板的冷冻干燥办法,将溶解了石墨烯和碳纳米管的水溶液在低温下冻干,从而方便制作碳海绵,而且这种技术还可以随意调整形状,让生产过程变得更加快捷,并且也让大规模生产变成了可能。
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