從最巨大的輪船、飛機(jī)到最微小的納米機(jī)器人，從最堅(jiān)硬到最柔軟的材料……人類一直在努力創(chuàng)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(jì)錄被我國(guó)科學(xué)家打破后，2015年，我國(guó)再次刷新紀(jì)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(shí)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(nèi)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(gè)外號(hào)——凝固的煙。

　　圖為氣凝膠。

　　2011年，美國(guó)科學(xué)家以鎳材料做出的氣凝膠，成為了當(dāng)時(shí)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(méi)有變形。

　　然而，作為世界上最輕的材料，它的紀(jì)錄還沒(méi)保持多久，就被打破了。2012年，英國(guó)和德國(guó)的幾位科學(xué)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(gè)非?？岬拿郑凶鳌帮w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(guó)浙江大學(xué)的一個(gè)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(xì)的絨毛幾乎沒(méi)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(lái)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(zhì)共同支撐起了那無(wú)數(shù)個(gè)小孔隙。就像大型的體育場(chǎng)館一樣，先用鋼筋做支架，再用高強(qiáng)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(xué)家雖然能制備氣凝膠，但由于工藝的緣故，難以批量生產(chǎn)。而現(xiàn)在，我國(guó)發(fā)明的新工藝，可以批量生產(chǎn)碳海綿。

　　圖為實(shí)驗(yàn)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(xué)家們沒(méi)有止步。2015年，我國(guó)東華大學(xué)的俞建勇院士、丁彬教授帶領(lǐng)的納米纖維研究團(tuán)隊(duì)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(kāi)發(fā)出了一種超輕、超彈的纖維氣凝膠，經(jīng)中國(guó)計(jì)量認(rèn)證結(jié)果顯示，這種纖維氣凝膠的固態(tài)材料密度僅為0.12毫克每立方厘米。這比我國(guó)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(lái)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(huì)不同。像浙江大學(xué)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(fù)原狀。它對(duì)油具有超快、超高的吸附力，是目前吸油能力最強(qiáng)的材料?，F(xiàn)在的吸油產(chǎn)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(dá)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(gè)用處，早在1999年，美國(guó)航空航天局就利用氣凝膠的特性，用它來(lái)吸附星際塵埃。

　　圖為美國(guó)“星塵號(hào)”探測(cè)器，主要目的是探測(cè)維爾特二號(hào)彗星。1999年2月7日由NASA發(fā)射升空。返回艙于2006年1月15日在美國(guó)猶他州著陸。

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

　　圖為帶有氣凝膠樣品采集器。

　　當(dāng)“星塵號(hào)”探測(cè)器穿過(guò)彗星塵埃時(shí)，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(guī)方法收集這些塵埃粒子，由于過(guò)快的沖擊速度，彗星塵埃的的外形和化學(xué)結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，有的甚至?xí)耆黄?/p>

　　為了在收集時(shí)不破壞它們，氣凝膠樣品采集器使用了硅基固體材料，內(nèi)部有海綿那樣的多孔結(jié)構(gòu)，99.8％的空間被真空填充，當(dāng)塵埃顆粒撞上氣凝膠后，其減速并最終停止的過(guò)程就像飛機(jī)在跑道上滑行制動(dòng)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(wú)損，氣凝膠表現(xiàn)出了強(qiáng)大的隔熱性能。

　　圖中的黑色材料也是氣凝膠材料，一個(gè)人把其頂在頭上，上方用火焰噴槍燒烤，圖中可見(jiàn)，氣凝膠的表面已經(jīng)變紅，而下方的人員無(wú)恙。請(qǐng)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(guó)2015年研制的這種纖維氣凝膠，它可以在100-6300Hz寬頻段內(nèi)的高效吸音。