从最轻的航空金属、飞机上最微小的纳米机器人,到最柔软的太空材料......人类对于固体材料一直在探索着,也一直在打破各种世界之最,而2013年,中国科学家发明了世界上最轻的固体材料,这种材料比空气还要轻,每立方厘米仅重0.12毫克。
世界上最轻的固体材料,气凝胶这种世界上最轻的固体材料叫气凝胶。气凝胶其实并不是最近才有,早在1931年,人们就用二氧化硅制造出了它。气凝胶的内部有很多孔隙,孔隙里面充满空气,所以非常轻。为了形容它的轻,人们还给它取了一个外号——凝固的烟。
把这种用镍做成的气凝胶放在蒲公英上,柔软的绒毛几乎没有变形。
2011年,美国科学家以镍材料做出的气凝胶,成为了当时世界上最轻的材料。在真空中,1立方厘米的这种气凝胶只有0.9毫克重,比空气还要轻。
然而,作为世界上最轻的材料,它的纪录还没保持多久,就被打破了。2012年,英国和德国的几位科学家研制出了全球最轻的气凝胶,他们还给这种气凝胶取了一个非常酷的名字,叫作“飞行石墨”。1立方厘米的“飞行石墨”只有0.18毫克重,虽然它看起来像一块黑色不透明的海绵,但海绵可比它重多了,在体积上,“飞行石墨”几乎是由99.99%的空气构成的。
在演示中,这种材料可以像头发丝一样被玻璃管上的静电吸引起来
“飞行石墨”这种气凝胶还不沾水。
科技发展日新月异,在世界最轻材料的排行榜里,“飞行石墨”坐在第一名的位置上,结果它屁股还没坐热,就被另一种新型的气凝胶给挤了下来。2013年3月,我国浙江大学的一个研究小组,利用碳纳米管和石墨烯制备出了一种超轻气凝胶,取名为“碳海绵”。它有多轻呢?在真空中,1立方厘米的碳海绵只重0.16毫克,而相同体积普通空气的重量是它的7倍左右,比同体积的氦气还要轻。
100立方厘米大小的碳海绵“踩”在狗尾巴草上,纤细的绒毛几乎没有被压弯
碳海绵如此的轻,它是怎么做出来的?
在电子显微镜下,可以看到碳海绵里面有大量的碳纳米管和石墨烯,正是这两种物质共同支撑起了那无数个小孔隙。就像大型的体育场馆一样,先用钢筋做支架,再用高强度的薄膜做墙壁。而碳海绵,就是利用碳纳米管做支架,石墨烯做墙壁。
以前,科学家虽然能制备气凝胶,但由于工艺的缘故,难以批量生产。而现在,我国发明的新工艺,可以批量生产碳海绵。
图为实验室里面有很多这样的碳海绵。
追求最轻的材料,科学家们没有止步。2015年,我国东华大学的俞建勇院士、丁彬教授带领的纳米纤维研究团队在超轻纤维材料研究上获新成果,他们利用普通纤维膜材料开发出了一种超轻、超弹的纤维气凝胶,经中国计量认证结果显示,这种纤维气凝胶的固态材料密度仅为0.12毫克每立方厘米。这比我国之前研制的碳海绵还要轻0.04毫克每立方厘米。