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什么是气凝胶
发布时间：
2021-09-17 16:48
来源：
什么是气凝胶？
它是一种具有高孔隙率及低导热系数的轻质多孔材料，是目前已知的密度最低的固体，每立方厘米0.16毫克，其中98%的体积都是空气，甚至如果把里面的空气抽成真空会得到比空气还轻的固体。
不过气凝胶最出圈的性质还是超低的导热系数，常温下比静止的空气更低，只有0.015 W/(m·K)，这两个特质都是来源于气凝胶的特殊三维网络结构，而促使气凝胶的发明却是来源于90年前两个科学家之间的一场“赌局”。1931年，美国加州太平洋大学的Samuel Kistler与同事打赌，提出要证明一种具有相同尺寸的连续网络结构的固体凝胶，形状与湿凝胶一致，打个比方就是将果冻里面的液体取出但是又不影响整体结构，有人要问了，这也能让两个科学家赌上一顿午餐吗？我直接把果冻扔到烤箱里把水烧开了就好啦。然而要想保持凝胶的结构，简单地让湿凝胶干燥是不行的！凝胶将会严重开裂并且收缩，最终破碎成小碎片。Kistler推测凝胶收缩破碎的原因是当液体从微孔中蒸发时，固液界面存在较大的毛细管作用及表面张力，拉扯孔洞内壁，使得脆弱的凝胶微孔结构坍塌。Kistler尝试了很多种方法，最终通过溶剂置换，将凝胶中的水替换成乙醇后，再在密闭容器中施加高温高压（243 ℃，6.38 MPa），使得乙醇达到超临界状态，消除了固液之间的表面张力，第一次成功地将液体从凝胶中排除而保留了完整的凝胶微孔结构，最终的成果发表在Nature上，标题为《共聚扩散气凝胶与果冻》，于是，气凝胶终于诞生啦！
为什么通过将乙醇加热加压到超临界状态就能制备得到气凝胶呢？这是因为超临界流体既不是液体也不是气体，但是又同时具有液体跟气体的特性，处于这种特殊状态的液体如乙醇将会变成烟一样四处飘散，气液界面消失，此时将不再有固液界限或气液界限，那么导致凝胶收缩破碎的表面张力或毛细管作用将不复存在，微孔中留存的液体都能非常顺利的、几乎无阻碍地从孔洞中逃逸到环境中，实现湿凝胶的干燥。
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