放置于草尖上的气凝胶(资料图)
最轻固体物质有望规模化生产
日常生活中气凝胶的使用仍然十分罕见,对它的应用研究大多停留在实验室阶段,或集中在极少数的高精尖领域。
密度仅为空气的1/6、高孔隙率、大比表面积和极低的热导率……气凝胶身上如此完美的性质,使它毫无疑问地荣升为世界上最轻的固体物质。据报道,目前气凝胶的最低密度可以达到0.16mg/cm3。
鉴于此,诸多科学家把气凝胶认为是“改变世界的神奇材料”,并预言将在化学、光学、电学以及航空航天、生命科学等领域具有重要的应用前景。
世界上第一块气凝胶诞生于1931年,美国科学家Kistler首次使用超临界干燥法将二氧化硅凝胶中的液体用空气置换出来,完整地保持了凝胶的网络结构,得到了半透明的二氧化硅气凝胶。鉴于气凝胶独特的性质,自问世以来气凝胶材料的研究一直受到广泛的关注。
应用研究停留在实验室
然而,时至今日,在我们的日常生活中气凝胶的使用仍然十分罕见,对它的应用研究大多停留在实验室阶段,或集中在极少数的高精尖领域。
究其原因,主要有两方面:第一,气凝胶低密度、高孔隙率的特点使得这种材料非常脆弱,在实际应用环境中的耐用性较差;第二,凝胶的干燥过程非常复杂,常规条件会导致严重的体积收缩,通常须使用超临界干燥技术,涉及高温高压、特殊装置,且制备程序烦琐、非连续、周期长、产量低,使得它的生产成本居高不下。
针对二氧化硅气凝胶强度差的弱点,目前一个行之有效的手段是在二氧化硅凝胶中引入有机组份。
在这方面,国内外的研究人员通过努力,的确已经得到具有一定柔韧性的有机—无机杂化气凝胶。但遗憾的是,这种方法的弊端在于使气凝胶的制备工艺更加烦琐,同时还伴随着气凝胶密度的大幅度增加,而这,却与其低密度的特点相悖。
另一方面,为了替代超临界干燥技术,研究人员也在不断探索新的干燥技术。如常压干燥法,既不涉及高压,又在干燥过程中对凝胶有增强作用。