“凍煙”改變未來

蔡如鵬

從太空探索到日常生活，這種新型材料都將發揮重要作用

科學家正在開發一種神奇的新材料，在不久的未來，它很可能改變整個世界，“帶來的影響將不亞于上世紀30年代發明的酚醛樹脂、80年代的碳纖維以及影響幾十年的硅”——英國《星期日泰晤士報》如此評價說。

這種神通廣大的材料就是氣凝膠。這種材料幾乎無所不能——用它建造的房屋能夠在炸彈的爆炸中安然無恙，它還可用于清除水中的污染物，甚至人類實現飛往火星的夢想也少不了它的幫忙。

美國西北大學化學系教授邁庫里·卡納齊季斯說：“它是人類已知的密度最低的產品，然而用途卻又極其廣泛。可以預見，氣凝膠應用領域范圍巨大，像過濾被污染的水、隔絕極端溫度、甚至制作珠寶首飾等。”

氣凝膠的密度為每立方厘米3毫克，相當于玻璃的千分之一。氣凝膠看上去呈云霧狀，淡藍色，所以又稱為“固態煙”或者“凍結的煙霧”（簡稱“凍煙”）。

中國科學院材料物理化學博士黃慶說，“凍煙”是個非常形象的比喻，它反映出氣凝膠的兩個特點：一個是輕，另一個是固態。看似脆弱不堪，其實非常堅固耐用。它能承受烈性炸藥的爆炸沖擊波，還能隔絕1300℃的高溫。

盡管氣凝膠被歸類為固體，但其中99%的物質都是氣體。科學家說，由于材料上有上百萬個小孔和皺褶，如果把1立方厘米的氣凝膠全部展開的話，它可以覆蓋一個足球場。

氣凝膠是從一種硅膠中抽去水分，然后注入二氧化碳等氣體制成的。其實，早在1931年，一位美國化學家就發明了這種材料，但早期制成的材料非常脆弱，而且成本很高，因此使用只局限在實驗室中。直到10年前，美國宇航局（NASN）開始對這種材料產生興趣，并賦予了它更多實際的用途。

黃慶說，從材料觀點來看，氣凝膠只是一個結構材料，但是有巨大的空間可供科學和技術去探索。

1999年，NASN為“星塵”號太空探測器配備了一個充滿氣凝膠的塵埃收集裝置，用于捕捉彗星尾部的塵埃。2004年1月在飛掠彗星“維爾德2”號時，這個形似巨型網球拍的裝置，成功地捕獲到彗尾的塵埃，把豐富的樣本帶回了地球。

2002年，NASN創建的阿斯彭氣凝膠公司生產出了一種耐受性和柔韌性更強的氣凝膠。它現在正被用來制作太空服的隔熱保溫襯里，以便為2018年的人類登陸火星計劃做準備。

“這是我們見過的最棒的保溫材料，”該公司一位科學家說，18毫米厚的氣凝膠襯里就足以幫助宇航員隔絕零下130攝氏度的低溫。

美國加州理工學院噴氣推進實驗室教授、美國宇航局“星塵計劃”副首席科學家鄒哲透露說，未來月球上的建筑物很可能會采用氣凝膠，因為它可以很好地保溫。

人們還在進行用氣凝膠制造防爆住宅和軍用裝甲車的試驗。在實驗室中，一個涂了6毫米厚的氣凝膠層的金屬盤在炸藥沖擊波作用下幾乎毫發無損。

氣凝膠還用于環保用途，處理一些環境災禍。科學家把它稱作“最佳海綿”，因為它表面的無數個小孔對吸收水中污染物是最理想的。

比如，它可以吸附泄漏在海面上的原油。目前科學家已經研制出一種新型氣凝膠，用于除去水中的鉛和水銀。

中國同濟大學一個研究小組則研究出一種氣凝膠材料用于海水的淡化，取得了良好的海水淡化效果。

登山愛好者也開始選用這種材料。去年，英國登山愛好者安妮·帕門特在攀登珠穆朗瑪峰時所穿的靴子和所用的睡袋都填充了氣凝膠材料。“當時惟一的問題是我的腳太熱了，對登山者來說反倒麻煩。”

在日常生活中，氣凝膠也有多種用途。鄧祿普運動器材公司開發了一系列使用氣凝膠材料的壁球和網球拍，據說這樣能增強擊球的力度。