世界最輕材料現世！比氦氣還要輕你見過嗎？

　　從最巨大的輪船、飛機到最微小的納米機器人，從最堅硬到最柔軟的材料……人類一直在努力創造著、打破著各種世界之最。這不，2013年，“世界上最輕的材料”這一紀錄被我國科學家打破后，2015年，我國再次刷新紀錄，制造出0.12毫克每立方厘米的最輕材料。那么，這些超輕的材料有什么作用呢？

　　凝固的煙

　　這種世界上最輕的材料叫氣凝膠。氣凝膠其實并不是最近才有，早在1931年，人們就用二氧化硅制造出了它。氣凝膠的內部有很多孔隙，孔隙里面充滿空氣，所以非常輕。為了形容它的輕，人們還給它取了一個外號——凝固的煙。

　　圖為氣凝膠。

　　2011年，美國科學家以鎳材料做出的氣凝膠，成為了當時世界上最輕的材料。在真空中，1立方厘米的這種氣凝膠只有0.9毫克重，比空氣還要輕。

　　把這種用鎳做成的氣凝膠放在蒲公英上，柔軟的絨毛幾乎沒有變形。

　　然而，作為世界上最輕的材料，它的紀錄還沒保持多久，就被打破了。2012年，英國和德國的幾位科學家研制出了全球最輕的氣凝膠，他們還給這種氣凝膠取了一個非?？岬拿?，叫作“飛行石墨”。1立方厘米的“飛行石墨”只有0.18毫克重。

　　“飛行石墨”這種氣凝膠還不沾水。

　　超輕“碳海綿”

　　2013年3月，我國浙江大學的一個研究小組，利用碳納米管和石墨烯制備出了一種超輕氣凝膠，取名為“碳海綿”。它有多輕呢？在真空中，1立方厘米的碳海綿只重0.16毫克，而相同體積普通空氣的重量是它的7倍左右，比同體積的氦氣還要輕。

　　100立方厘米大小的碳海綿“踩”在狗尾巴草上，纖細的絨毛幾乎沒有被壓彎。

　　柔弱的幾根花蕊就能支撐起碳海綿。

　　碳海綿如此的輕，它是怎么做出來的？

　　在電子顯微鏡下，可以看到碳海綿里面有大量的碳納米管和石墨烯，正是這兩種物質共同支撐起了那無數個小孔隙。就像大型的體育場館一樣，先用鋼筋做支架，再用高強度的薄膜做墻壁。而碳海綿，就是利用碳納米管做支架，石墨烯做墻壁。

　　以前，科學家雖然能制備氣凝膠，但由于工藝的緣故，難以批量生產。而現在，我國發明的新工藝，可以批量生產碳海綿。

　　圖為實驗室里面有很多這樣的碳海綿。

　　纖維氣凝膠

　　追求最輕的材料，科學家們沒有止步。2015年，我國東華大學的俞建勇院士、丁彬教授帶領的納米纖維研究團隊在超輕纖維材料研究上獲新成果，他們利用普通纖維膜材料開發出了一種超輕、超彈的纖維氣凝膠，經中國計量認證結果顯示，這種纖維氣凝膠的固態材料密度僅為0.12毫克每立方厘米。這比我國之前研制的碳海綿還要輕0.04毫克每立方厘米。

　　最輕材料可以用來做什么

　　一、清理石油污染

　　氣凝膠所采用的材料不同，用途也會不同。像浙江大學研制的那種名叫碳海綿的氣凝膠，彈性很好，被壓縮80%后還可以恢復原狀。它對油具有超快、超高的吸附力，是目前吸油能力最強的材料?，F在的吸油產品，一般只能吸收自身重量10倍左右的油，而碳海綿的吸油量是它自身重量的250倍，最高可達900倍，神奇的是，碳海綿只吸油不吸水。

　　二、吸附星際塵埃

　　處理石油污染只是碳海綿的一個用處，早在1999年，美國航空航天局就利用氣凝膠的特性，用它來吸附星際塵埃。

　　圖為美國“星塵號”探測器，主要目的是探測維爾特二號彗星。1999年2月7日由NASA發射升空。返回艙于2006年1月15日在美國猶他州著陸。

　　在“星塵號”上，安裝有一個氣凝膠樣品采集器，主要用來吸附彗星塵埃和星際塵埃。

　　圖為帶有氣凝膠樣品采集器。

　　當“星塵號”探測器穿過彗星塵埃時，彗星塵埃的速度很快，約為6.1千米每秒，這差不多是步槍子彈初速的9倍。如果用常規方法收集這些塵埃粒子，由于過快的沖擊速度，彗星塵埃的的外形和化學結構會發生變化，有的甚至會完全被汽化。

　　為了在收集時不破壞它們，氣凝膠樣品采集器使用了硅基固體材料，內部有海綿那樣的多孔結構，99.8％的空間被真空填充，當塵埃顆粒撞上氣凝膠后，其減速并最終停止的過程就像飛機在跑道上滑行制動減速一樣。

　　圖為氣凝膠樣品采集器所黏著上的塵埃。

　　三、隔熱和隔音

　　氣凝膠固有的特性使它們還能成為絕好的隔熱（保溫）和隔音材料。

　　氣凝膠用二氧化硅做成，在下方火焰的燒烤下，上方的的花朵無損，氣凝膠表現出了強大的隔熱性能。

　　圖中的黑色材料也是氣凝膠材料，一個人把其頂在頭上，上方用火焰噴槍燒烤，圖中可見，氣凝膠的表面已經變紅，而下方的人員無恙。請看下面的視頻這種材料比空氣還要輕，卻可以拿在手上任憑火焰噴槍燒烤。

　　氣凝膠可以由不同的材料做成，比如二氧化硅、碳納米材料等。

　　除了成為最理想的保溫隔熱材料，氣凝膠還是很棒的吸音材料。比如我國2015年研制的這種纖維氣凝膠，它可以在100-6300Hz寬頻段內的高效吸音。