美國宇航局科學家研制出的一種氣凝膠，作為世界最輕的固體,，近日正式入選吉尼斯世界紀錄,。這種新材料密度僅為每立方厘米3毫克（每升3克），是玻璃的千分之一,。  

         美宇航局噴氣推進實驗室發(fā)布的新聞公報說,，該實驗室瓊斯博士研制出的新型氣凝膠，主要由純二氧化硅等組成。在制作過程中,，液態(tài)硅化合物首先與能快速蒸發(fā)的液體溶劑混合,，形成凝膠，然后將凝膠放在一種類似加壓蒸煮器的儀器中干燥,，并經(jīng)過加熱和降壓,，形成多孔海綿狀結(jié)構(gòu)。瓊斯博士最終獲得的氣凝膠中空氣比例占到了99.8％,。  

        氣凝膠因其半透明的色彩和超輕重量,，有時也被稱為“固態(tài)煙”。這種新材料看似脆弱不堪,，其實非常堅固耐用,，最高能承受1400攝氏度的高溫。氣凝膠的這些特性在航天探測上有多種用途,。俄羅斯“和平”號空間站和美國“火星探路者”探測器上,，都用到了氣凝膠材料。  

        新入選吉尼斯世界紀錄的氣凝膠材料,，特性比以往有所改進,。此前，世界最輕固體的紀錄由另一種氣凝膠保持,，它的密度為每立方厘米5毫克,。
氣凝膠：固體也能輕如煙

最輕的固體：氣凝膠


　　美國國家宇航局研制出的一種新型氣凝膠，由于密度只有每立方厘米3毫克,，日前已經(jīng)作為“世界上密度最低的固體”正式入選《吉尼斯世界紀錄》,。
　　這種氣凝膠呈半透明淡藍色，重量極輕,，因此人們也把它稱為“固態(tài)煙”,。
　　新型氣凝膠是由美國國家宇航局下屬的“噴氣推進實驗室”材料科學家史蒂芬·瓊斯博士研制的。它的主要成分和玻璃一樣也是二氧化硅,，但因為它99.8％都是空氣,，所以密度只有玻璃的千分之一。
　　別看這種氣凝膠貌似“弱不禁風”,，其實非常堅固耐用,。它可以承受相當于自身質(zhì)量幾千倍的壓力，在溫度達到1200攝氏度時才會熔化,。此外它的導熱性和折射率也很低,，絕緣能力比最好的玻璃纖維還要強39倍。由于具備這些特性,，氣凝膠便成為航天探測中不可替代的材料,，俄羅斯“和平”號空間站和美國“火星探路者”探測器都用它來進行熱絕緣,。
　　氣凝膠在航天中的應用遠不止這些，美國國家宇航局的“星塵”號飛船正帶著它在太空中執(zhí)行一項十分重要的使命———收集彗星微粒,?？茖W家認為，彗星微粒中包含著太陽系中最原始,、最古老的物質(zhì),，研究它可以幫助人類更清楚地了解太陽和行星的歷史。2006年,，“星塵”號飛船將帶著人類獲得的第一批彗星星塵樣品返回地球,。
　　但收集彗星星塵并不是件容易的事，它的速度相當于步槍子彈的6倍,，盡管體積比沙粒還要小,，可是當它以如此高速接觸其它物質(zhì)時，自身的物理和化學組成都有可能發(fā)生改變,，甚至完全被蒸發(fā),。如今科學家有了氣凝膠，這個問題就變得很簡單了,。它就像一個極其柔軟的棒球手套,，可以輕輕地消減彗星星塵的速度，使它在滑行一段相當于自身長度200倍的距離后慢慢停下來,。在進入“氣凝膠手套”后,，星塵會留下一段胡蘿卜狀的軌跡，由于氣凝膠幾乎是透明的,，科學家可以按照軌跡輕松地找到這些微粒,。

化學家打賭時發(fā)明氣凝膠
         氣凝膠的發(fā)明純屬偶然———1931年美國一位化學家與同事打賭的產(chǎn)物———將普通硅膠的水分取掉，再注入二氧化碳這樣的氣體,，從而產(chǎn)生了一種如夢如幻的固體,。盡管氣凝膠被歸類為固體，但其中99%的物質(zhì)都是氣體,。因此,，外界給它起了個“凍住的煙”的綽號。

　　 這種神奇的固體具有抗高溫和吸油污的特性,，早期的氣凝膠易碎且造價昂貴,，所以鎖在試驗室里當擺設。

直到10年前,，美國宇航局開始對這“養(yǎng)在深閨人未識”的物質(zhì)產(chǎn)生了濃厚的興趣,，開始探索其更多的實質(zhì)用途：
　　

　　1999年，美國宇航局給其“星塵”(Stardust)號探測器裝備了一種塞滿氣凝膠的棒球手套,，用于捕捉彗星尾部的塵埃,。去年,，該探測器滿載塵埃樣本返回地球。2002年,，美國宇航局創(chuàng)立的阿斯彭氣凝膠(Aspen Aerogel)公司生產(chǎn)了一種更堅固,、更柔韌的氣凝膠?，F(xiàn)在它正用來為人類首次登陸火星時所穿的太空服研制一種保溫隔熱襯里,，派宇航員登陸火星預定于2018年進行。該公司的一位資深科學家馬克·克拉耶夫斯基認為,，一層18毫米的氣凝膠將足以保護宇航員抵御零下130度的低溫,。他說：“它是我們所見過的最棒的絕熱材料?！?br>
　　除此之外,，現(xiàn)在還在用氣凝膠作未來的防彈住宅和軍用車輛裝甲的測試。在實驗室中,，一個涂有6毫米氣凝膠的金屬板在炸藥爆炸中幾乎毫發(fā)無損,。它還有環(huán)保的優(yōu)點。氣凝膠被科學家們描述為“終極海綿”,，其表面的數(shù)百萬小孔使其成為在水中吸附污染物的理想材料,。卡納茨迪斯已經(jīng)研制出一種新型氣凝膠,，用于除去水中的鉛和水銀,。其它形式的氣凝膠可吸附溢出的油。他樂觀地認為,，可以用它來處理一些環(huán)境災禍,，象發(fā)生在1996年的Sea Empress號溢油事故，當時,，72000噸原油傾瀉在英國彭布魯克郡米爾福德港口沿岸,。

氣凝膠正走進日常生活

　　氣凝膠也正走進我們的日常生活。運動器材公司鄧祿普(Dunlop)已經(jīng)研制出一系列用氣凝膠加固的壁球和網(wǎng)球球拍,，據(jù)說這種球拍能釋放更大的力量,。今年初，英國諾丁漢66歲的鮑勃·斯托克爾擁有了一套用氣凝膠隔熱的房子,，他也因此成為擁有這種房子的第一位英國人,。他說：“保溫效果大大改善了。我把自動調(diào)溫器調(diào)低了5度,。這真是一個不可思議的變化,。”

　　登山者也開始從氣凝膠中受益,。去年,，一位英國登山者安妮·帕曼特爾穿上帶氣凝膠鞋墊的靴子爬上珠穆朗瑪峰,，就連睡袋也加有這種材料。她說：“我唯一的問題就是我的腳太熱,，這對一名登山者來說是一個大難題,。”

　　不過,，它還沒能征服時尚界,。Hugo Boss公司推出了一系列用這種材料制成的冬季夾克，但在消費者紛紛抱怨這種衣服太熱之后不得不下架,。

　　盡管氣凝膠屬于一種固體,，但這種物質(zhì)99%是由氣體構(gòu)成，這使得它外觀看起來像云一樣,?？茖W家們表示，因為它有數(shù)百萬小孔和皺摺,，所以如果把1立方厘米的氣凝膠拆開,，它會填滿一個有足球場那么大的地方。它的小孔不僅能像一塊海綿一樣吸附污染物,，還能充當氣穴,。研究人員認為，一些形式的由鉑金制成的氣凝膠能用于加速氫的產(chǎn)生,。這樣的話,，氣凝膠就能用來生產(chǎn)以氫為基礎的燃料。

       氣凝膠內(nèi)含大量的空氣,，典型的孔洞線度在l—l00納米范圍,，孔洞率在80%以上，是一種具有納米結(jié)構(gòu)的多孔材料,，在力學,、聲學、熱學,、光學等諸方面均顯示其獨特性質(zhì),。它們明顯不同于孔洞結(jié)構(gòu)在微米和毫米量級的多孔材料，其纖細的納米結(jié)構(gòu)使得材料的熱導率極低,，具有極大的比表面積．對光,、聲的散射均比傳統(tǒng)的多孔性材料小得多，這些獨特的性質(zhì)不僅使得該材料在基礎研究中引起人們興趣,，而且在許多領(lǐng)域蘊藏著廣泛的應用前景,。
        在分形結(jié)構(gòu)研究方而，硅氣凝膠作為一種結(jié)構(gòu)可控的納米多孔材料,，其表現(xiàn)密度明顯依賴于標度尺寸,，在一定尺度范圍內(nèi),，其密度往往具有標度不變性，即密度隨尺度的增加而下降,，而且具有自相似結(jié)構(gòu),，在氣凝膠分形結(jié)構(gòu)動力學研究方面的結(jié)構(gòu)還表明，在不同尺度范圍內(nèi),，有三個色散關(guān)系明顯不同的激發(fā)區(qū)域,，分別對應于聲子、分形子和粒子模的激發(fā),。改變氣凝膠的制備條件,，可使其關(guān)聯(lián)長度在兩個量級的范圍內(nèi)變化,。因此硅氣凝膠已成為研究分形結(jié)構(gòu)及其動力學行為的最佳材料,。
        在“863”高技術(shù)強激光研究方面，納米多孔材料具有重要應用價值,，如利用低于臨界密度的多孔靶材料,，可望提高電子碰撞激發(fā)產(chǎn)生的X光激光的光束質(zhì)量，節(jié)約驅(qū)動能,，利用微球形節(jié)點結(jié)構(gòu)的新型多孔靶,，能夠?qū)崿F(xiàn)等離于體三維絕熱膨脹的快速冷卻，提高電子復合機制產(chǎn)生的x光激光的增益系數(shù),，利用超低密度材料吸附核燃料,，可構(gòu)成激光慣性約束聚變的高增益冷凍靶。氣凝膠纖細的納米多孔網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),、巨大的比表面積,、結(jié)構(gòu)介觀尺度上可控，成為研制新型低密度靶的最佳候選材料,。
        在作為隔熱材料方面,，硅氣凝膠纖細的納米網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)有效地限制了局域熱激發(fā)的傳播，其固態(tài)熱導率比相應的玻璃態(tài)材料低2—3個數(shù)量級,。納米微孔洞抑制了氣體分子對熱傳導的貢獻,。硅氣凝膠的折射率接近l，而且對紅外和可見光的湮滅系數(shù)之比達100以上,，能有效地透過太陽光,，并阻止環(huán)境溫度的紅外熱輻射，成為一種理想的透明隔熱材料,，在太陽能利用和建筑物節(jié)能方面已經(jīng)得到應用,。通過摻雜的手段，可進一步降低硅氣凝膠的輻射熱傳導,，常溫常壓下?lián)教細饽z的熱導率可低達0．013w／m·K,，是目前熱導率最低的固態(tài)材料,，可望替代聚氨脂泡沫成為新型冰箱隔熱材料。摻人二氧化鈦可使硅氣凝膠成為新型高溫隔熱材料,，800K時的熱導率僅為6．03w／m·K,，作為軍品配套新材料將得到進一步發(fā)展。
       由于硅氣凝膠的低聲速特性,，它還是一種理想的聲學延遲或高溫隔音材料,。該材料的聲阻抗可變范圍較大(103—107 kg／m2·s)，是一種較理想的超聲探測器的聲阻耦合材料,，如常用聲阻匝Zp=1．5×l07 kg／m2·s的壓電陶瓷作為超聲波的發(fā)生器和探測器,，而空氣的聲阻只有400 kg／m2·s。用厚度為l／4波長的硅氣凝膠作為壓電陶瓷與空氣的聲阻耦合材料．可提高聲波的傳輸效率,，降低器件應用中的信噪比,。初步實驗結(jié)果表明，密度在300 kg／m3左右的硅氣凝膠作為耦合材料,，能使聲強提高30 dB,，如果采用具有密度梯度的硅氣凝膠，可望得到更高的聲強增益,。
       在環(huán)境保護及化學工業(yè)方面,，納米結(jié)構(gòu)的氣凝膠還可作為新型氣體過濾 ，與其它材料不同的是該材料孔洞大小分布均勻,，氣孔率高,，是一種高效氣體過濾材料。由于該材料特別大的比表而積．氣凝膠在作為新型催化劑或催化劑的載體方而亦有廣闊的應用前景,。
       在儲能器件方而,，有機氣凝膠經(jīng)過燒結(jié)工藝處理后將得到碳氣凝膠 這種導電的多孔材料是繼纖維狀活性碳以后發(fā)展起來的一種新型碳素材料，它具有很大的比表而積(600—1000 m2／kg)和高電導率(10—25 s／cm)．而目．密度變化范圍廣(0.05—1.0 g／cm3)．如在其微孔洞內(nèi)充人適當?shù)碾娊庖?，可以制成新型可充電電池,，它具有儲電容量大、?nèi)阻小,、重量輕,、充放電能力強、可多次重復使用等優(yōu)異特性,，初步實驗結(jié)果表明：碳氣凝膠的充電容量達3×104／kg2,，功率密度為7 kw／kg，反復充放電性能良好,。
       在材料的量子尺寸效應研究方面,，由于硅氣凝膠的納米網(wǎng)絡內(nèi)形成量子點結(jié)構(gòu)，化學氣栩滲透法摻Si及溶液法摻C60的結(jié)果表明，摻雜劑是以納米晶粒的形式存在,，并觀察到很強的可見光發(fā)射,，為多孔硅的量子限制效應發(fā)光提供了有力證據(jù)。利用硅氣凝膠的結(jié)構(gòu)以及C60的非線性光學效應,，可進一步研制新型激光防護鏡,。通過摻雜的方法還是形成納米復合相材料的有效手段。
       此外,，硅氣凝膠是折射率可調(diào)的材料,，使用不同密度的氣凝膠介質(zhì)作為切倫柯夫閥值探測器，可確定高能粒子的質(zhì)量和能量,。因高速粒子很容易穿人多孔材料并逐步減速,，實現(xiàn)“軟著陸”，如選用透明氣凝膠在空間捕獲高速粒子,，可用肉眼或顯微鏡觀察被阻擋,、捕獲的粒子。
       作為一種新型納米多孔材料,，除硅氣凝膠外,，已研制的還有其它單元,、二元或多元氧化物氣凝膠,、有機氣凝膠及碳氣凝膠。作為一種獨特的材料制備手段,，相關(guān)的工藝在其它新材料研制中得到廣泛應用,，如制備氣孔率極高的多孔硅、制備高性能催化劑的金屬—氣凝膠混合材料,、高溫超導材料,、超細陶瓷粉末等。目前國際上關(guān)于氣凝膠材料的研究工作主要集中在德國的維爾茨堡大學,、BASF公司,、美國的勞倫茲·利物莫爾國家實驗室、桑迪亞國家實驗室,，法國的蒙彼利埃材料研究中心,，日本高能物理國家實驗室等。
     其他回答: 

氣凝膠的一個綽號是 “固態(tài)煙”,，通過從硅膠中抽去水分代之以氣體（比如用二氧化碳）制成,。生成的物質(zhì)可以用于隔熱和吸收污染物（比如原油）。  科學家們正在繼續(xù)嘗試發(fā)現(xiàn)這種物質(zhì)的新用途,，可能的應用領(lǐng)域從新一代的網(wǎng)球拍直至載人火星任務使用的超級隔熱的宇航服,。    氣凝膠被認為能夠成為堪與它的前輩 -- 例如20世紀30年代的膠木、80年代的碳纖維、90年代的硅膠 -- 相媲美的神奇物質(zhì),。MercouriKanatzidis,，西北大學（伊利諾斯州Evanston）的一位化學教授，評價道：“這是一種令人吃驚的物質(zhì),。它的密度比任何人類已知的物質(zhì)都要小,，而它的用途卻非常廣泛。我認為它能夠用于任何地方,，從過濾臟水到隔熱,，甚至可以用于珠寶首飾?！?   同時,，氣凝膠正在接受測試，以確定將來是否能夠用于制造軍用車輛的防爆護罩和裝甲,。在實驗室里,，一塊覆蓋了6毫米厚氣凝膠的金屬板在經(jīng)受了烈性炸藥爆炸的考驗后安然無恙。    氣凝膠還是一種對環(huán)境有益的物質(zhì),。氣凝膠被科學家們描述為 “終極海綿”,，它的表面分布著極多的微孔，是吸收水中污染物質(zhì)的理想材料,。    Kanatzidis（西北大學）已經(jīng)制成了一類新的氣凝膠,，用來清除水中的鉛和汞。其他種類的氣凝膠也在被設計用于清除油料泄露,。    他對氣凝膠用于對付環(huán)境災害 -- 例如,，在1996年海洋女皇（Sea Empress）號油料泄露事故中，共有7萬2千噸原油傾瀉在英國彭布魯克郡米爾福德港口沿岸,。    氣凝膠也正在日常生活中得到應用,。鄧祿普（Dunlop），一家運動器材公司,，已經(jīng)開發(fā)出了一系列使用氣凝膠加固的回力球拍和網(wǎng)球拍,，據(jù)稱這些球拍能夠產(chǎn)生更強勁的力道。    今年年初,，來自諾丁漢的66歲的Bob Stroker 成為第一個擁有氣凝膠隔熱住宅的英國人,。“取暖情況得到了極大改善,。我已經(jīng)把調(diào)溫器調(diào)低了5攝氏度,。這是一個了不起的轉(zhuǎn)變?！?他說,。    登山者也加入了擁護氣凝膠的陣營,。去年，,，一個英國登山家 Anne Parmenter 登上了珠穆朗瑪峰,，在登山過程中，她使用了配備氣凝膠襯底的登山靴和睡袋,。她說：“  我遇到的唯一麻煩是我的腳總是太熱,，作為一個登山家，我樂于碰到這種麻煩,?！?   然而，氣凝膠沒有能夠讓時尚界信服,。Hugo Boss 向市場投放了使用氣凝膠材料的冬裝上衣系列,，后來卻因為顧客抱怨太熱而不得不撤回這些產(chǎn)品。    雖然氣凝膠被歸入固體類物質(zhì),，但它99%的成分是氣體,，這使得氣凝膠擁有云霧狀的外觀。    科學家說,，由于氣凝膠擁有極多的微孔和褶皺,，因此一立方厘米的氣凝膠攤開后能夠覆蓋一個足球場。    氣凝膠的納米級微孔不但能夠像海綿一樣收集污染物,，它們還能夠起到空氣容器的作用,。    研究者相信，某些用鉑制造的氣凝膠能夠加速氫氣的生產(chǎn)過程,。這樣的話,，氣凝膠就可以用于制造氫燃料