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浙大高分子系高超教授课题组制出世界最轻材料超轻气凝胶

2013-3-31 00:20| 发布者: kehuan| 查看: 863| 评论: 2|原作者: science

摘要:   浙江大学高分子系高超教授的课题组制备出了一种超轻气凝胶——它刷新了目前世界上最轻材料的记录,弹性和吸油能力令人惊喜。这一进展被《自然》杂志在“研究要闻”栏目中重点配图评论。   气凝胶是入选吉尼斯 ...
  浙江大学高分子系高超教授的课题组制备出了一种超轻气凝胶——它刷新了目前世界上最轻材料的记录,弹性和吸油能力令人惊喜。这一进展被《自然》杂志在“研究要闻”栏目中重点配图评论。
最轻材料
  气凝胶是入选吉尼斯世界记录的最轻的一类物质,因其内部有很多孔隙,充斥着空气,故而得名。1931年,美国科学家Kistler用二氧化硅制得了最早的气凝胶,外号 “凝固的烟”。2011年,美国HRL实验室、加州大学欧文分校和加州理工学院合作制备了一种镍构成的气凝胶,密度为0.9毫克/立方厘米,创下了当时最轻材料的记录。把这种材料放在蒲公英花朵上,柔软的绒毛几乎没有变形——这张照片入选了《自然》杂志年度十大图片,也给高超留下了深刻印象:能不能制备出一种材料,挑战这个极限?
   
  高超课题组这些年一直从事石墨烯宏观材料的研发,例如一维的石墨烯纤维和二维的石墨烯薄膜。这次,他们打算把石墨烯(碳的二维形态)做成三维多孔材料来冲击这一记录。在实验室,记者看到了一个个大小不等的“碳海绵”:它们大的如网球,小的如酒瓶塞。在电子显微镜下,碳纳米管和石墨烯共同支撑起无数个孔隙,“就像大型体育场馆等大型空间结构,用钢筋做支架,用高强度的薄膜等做墙壁,材料整体既轻且强。”课题组博士生孙海燕说,“在这里,碳纳米管就是支架,石墨烯就是墙壁。”
   
  在已报道的成果中,高超课题组制备的“碳海绵”仍是最轻纪录保持者——可达到0.16毫克/立方厘米,低于氦气的密度。相关论文2月18日在线发表在《先进材料》(Advanced Materials)上。但是,课题组对于申报吉尼斯世界记录兴趣不大,“‘轻’并不是它最大的新意所在”,高超解释:这项成果的价值在于其简便的制备方法,以及材料所展现出来的优越性能。
   
  气凝胶的基本制备原理是除去凝胶中的溶剂,让其保留完整的骨架。在以往制备气凝胶的案例中,科学家主要采用溶胶—凝胶法和模板导向法。前者可以批量合成,但是可控性差;后者能产生有序的结构,但依赖于模板的精细结构和尺寸,难以大量制备。高超课题组另辟蹊径,探索出无模板冷冻干燥法:将溶解了石墨烯和碳纳米管的水溶液在低温下冻干,便获得了“碳海绵”,并且可以任意调节形状。“不需要模板,只与容器有关。容器多大,就可以制备多大,可以做到上千立方厘米,甚至更大。”高超说。
   
  《自然》杂志点评的标题是:《固体碳:弹性而轻盈》。这一新生事物的性能令人惊喜。它高弹,“碳海绵”被压缩80%后仍可恢复原状。它对有机溶剂具有超快、超高的吸附力,是已报道的吸油力最高的材料。现有的吸油产品一般只能吸自身质量10倍左右的液体,而“碳海绵”的吸收量是自身质量的250倍左右,最高可达900倍,而且只吸油不吸水。此外,“大胃王”吃有机物的速度也极快:每克这样的碳海绵每秒可以吸收68.8克有机物。这让人联想到用来处理海上的漏油:“也许某一天发生漏油时,可以把它们撒在海面上,就能把漏油迅速地吸收进来。因为有弹性,吸的油能够被压出来回收利用,碳海绵也可以重新使用。”据介绍,“碳海绵”还可能成为理想的相变储能保温材料,催化载体以及高效复合材料。
   
  就如一个呱呱坠地的婴儿,对这一新生材料,科学家还很难准确预计它的应用领域与前景,还得依靠现实社会以及产业界的想象力,让这个新材料走出实验室,实现对世界的实际应用价值。
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引用 science 2013-3-29 11:54

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浙江大学高分子系高超研究团队研制的“轻气凝胶”,一种轻得就象气球一样会被顺风吹走的材料,小花小草都能承担它的重量——一个8立方厘米的材料,可以被花芯稳稳托住。

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