世界最轻材料现世！比氦气还要轻你见过吗？

　　从最巨大的轮船、飞机到最微小的纳米机器人，从最坚硬到最柔软的材料……人类一直在努力创造着、打破着各种世界之最。这不，2013年，“世界上最轻的材料”这一纪录被我国科学家打破后，2015年，我国再次刷新纪录，制造出0.12毫克每立方厘米的最轻材料。那么，这些超轻的材料有什么作用呢？

　　凝固的烟

　　这种世界上最轻的材料叫气凝胶。气凝胶其实并不是最近才有，早在1931年，人们就用二氧化硅制造出了它。气凝胶的内部有很多孔隙，孔隙里面充满空气，所以非常轻。为了形容它的轻，人们还给它取了一个外号——凝固的烟。

　　图为气凝胶。

　　2011年，美国科学家以镍材料做出的气凝胶，成为了当时世界上最轻的材料。在真空中，1立方厘米的这种气凝胶只有0.9毫克重，比空气还要轻。

　　把这种用镍做成的气凝胶放在蒲公英上，柔软的绒毛几乎没有变形。

　　然而，作为世界上最轻的材料，它的纪录还没保持多久，就被打破了。2012年，英国和德国的几位科学家研制出了全球最轻的气凝胶，他们还给这种气凝胶取了一个非常酷的名字，叫作“飞行石墨”。1立方厘米的“飞行石墨”只有0.18毫克重。

　　“飞行石墨”这种气凝胶还不沾水。

　　超轻“碳海绵”

　　2013年3月，我国浙江大学的一个研究小组，利用碳纳米管和石墨烯制备出了一种超轻气凝胶，取名为“碳海绵”。它有多轻呢？在真空中，1立方厘米的碳海绵只重0.16毫克，而相同体积普通空气的重量是它的7倍左右，比同体积的氦气还要轻。

　　100立方厘米大小的碳海绵“踩”在狗尾巴草上，纤细的绒毛几乎没有被压弯。

　　柔弱的几根花蕊就能支撑起碳海绵。

　　碳海绵如此的轻，它是怎么做出来的？

　　在电子显微镜下，可以看到碳海绵里面有大量的碳纳米管和石墨烯，正是这两种物质共同支撑起了那无数个小孔隙。就像大型的体育场馆一样，先用钢筋做支架，再用高强度的薄膜做墙壁。而碳海绵，就是利用碳纳米管做支架，石墨烯做墙壁。

　　以前，科学家虽然能制备气凝胶，但由于工艺的缘故，难以批量生产。而现在，我国发明的新工艺，可以批量生产碳海绵。

　　图为实验室里面有很多这样的碳海绵。

　　纤维气凝胶

　　追求最轻的材料，科学家们没有止步。2015年，我国东华大学的俞建勇院士、丁彬教授带领的纳米纤维研究团队在超轻纤维材料研究上获新成果，他们利用普通纤维膜材料开发出了一种超轻、超弹的纤维气凝胶，经中国计量认证结果显示，这种纤维气凝胶的固态材料密度仅为0.12毫克每立方厘米。这比我国之前研制的碳海绵还要轻0.04毫克每立方厘米。

　　最轻材料可以用来做什么

　　一、清理石油污染

　　气凝胶所采用的材料不同，用途也会不同。像浙江大学研制的那种名叫碳海绵的气凝胶，弹性很好，被压缩80%后还可以恢复原状。它对油具有超快、超高的吸附力，是目前吸油能力最强的材料。现在的吸油产品，一般只能吸收自身重量10倍左右的油，而碳海绵的吸油量是它自身重量的250倍，最高可达900倍，神奇的是，碳海绵只吸油不吸水。

　　二、吸附星际尘埃

　　处理石油污染只是碳海绵的一个用处，早在1999年，美国航空航天局就利用气凝胶的特性，用它来吸附星际尘埃。

　　图为美国“星尘号”探测器，主要目的是探测维尔特二号彗星。1999年2月7日由NASA发射升空。返回舱于2006年1月15日在美国犹他州着陆。

　　在“星尘号”上，安装有一个气凝胶样品采集器，主要用来吸附彗星尘埃和星际尘埃。

　　图为带有气凝胶样品采集器。

　　当“星尘号”探测器穿过彗星尘埃时，彗星尘埃的速度很快，约为6.1千米每秒，这差不多是步枪子弹初速的9倍。如果用常规方法收集这些尘埃粒子，由于过快的冲击速度，彗星尘埃的的外形和化学结构会发生变化，有的甚至会完全被汽化。

　　为了在收集时不破坏它们，气凝胶样品采集器使用了硅基固体材料，内部有海绵那样的多孔结构，99.8％的空间被真空填充，当尘埃颗粒撞上气凝胶后，其减速并最终停止的过程就像飞机在跑道上滑行制动减速一样。

　　图为气凝胶样品采集器所黏着上的尘埃。

　　三、隔热和隔音

　　气凝胶固有的特性使它们还能成为绝好的隔热（保温）和隔音材料。

　　气凝胶用二氧化硅做成，在下方火焰的烧烤下，上方的的花朵无损，气凝胶表现出了强大的隔热性能。

　　图中的黑色材料也是气凝胶材料，一个人把其顶在头上，上方用火焰喷枪烧烤，图中可见，气凝胶的表面已经变红，而下方的人员无恙。请看下面的视频这种材料比空气还要轻，却可以拿在手上任凭火焰喷枪烧烤。

　　气凝胶可以由不同的材料做成，比如二氧化硅、碳纳米材料等。

　　除了成为最理想的保温隔热材料，气凝胶还是很棒的吸音材料。比如我国2015年研制的这种纤维气凝胶，它可以在100-6300Hz宽频段内的高效吸音。