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〈浙江大學實驗室製備出世界最輕材料〉-【科學實驗-討論區-www.coi.tw 】

作者 : 科學實驗
性別 : 男
文章主題 : 浙江大學實驗室製備出世界最輕材料 人氣指數 : 1814
發表時間 :2013/3/21 下午 02:13:02   


浙江大學實驗室製備出世界最輕材料

浙江大學高分子系高超教授的課題組製備出了一種超輕氣凝膠──它刷新了目前世界上最輕材料的紀錄,彈性和吸油能力令人驚喜。這種被稱為“全碳氣凝膠”的固態材料密度為每立方釐米0.16毫克,僅是空氣密度的1/6。日前,這一進展被《自然》雜志在“研究要聞”欄目中重點配圖評論。

相片:浙江大學<a href=http://www.tw17.com.tw><font color='#FF0000'><u>實驗室</u></font></a>製備出世界最輕材料

製備出了一種超輕氣凝膠──它刷新了目前世界上最輕材料的紀錄,彈性和吸油能力令人驚喜。這種被稱為“全碳氣凝膠”的固態材料密度為每立方釐米0.16毫克,僅是空氣密度的1/6。

http://www.tw17.com.tw/viewboard.asp?articleid=20130321141302


據介紹,氣凝膠是入選吉尼斯世界紀錄的最輕的一類物質,因其內部有很多孔隙,充斥著空氣,故而得名。1931年,美國科學家用二氧化矽製得了最早的氣凝膠,外號 “凝固的煙”。2011年,美國HRL實驗室、加州大學歐文分校和加州理工學院合作製備了一種鎳構成的氣凝膠,密度為0.9毫克/立方釐米,創下了當時最輕材料的紀錄。把這種材料放在蒲公英花朵上,柔軟的絨毛幾乎沒有變形──這張照片入選了《自然》雜志年度十大圖片,也給高超留下了深刻印象:能不能製備出一種材料,挑戰這個極限?

我國的石墨儲備非常豐富,占全世界的2/3。科學家一直在探索石墨高效利用的方法。“把石墨變成石墨烯(一種由碳原子構成的單層片狀結構),其價值可以上升數千倍。”高超的課題組經過五六年的探索,製備出了一維的石墨烯纖維和二維的石墨烯薄膜。這次,他們打算把石墨烯做成三維多孔材料來衝擊這一紀錄。

製作簡便

形狀、尺寸可任意調節,大規模製造成可能

實驗室,記者看到了一個個大小不等的“碳海綿”:它們大的如網球,小的如酒瓶塞。在電子顯微鏡下,碳納米管和石墨烯共同支撐起無數個孔隙。

“就像體育場館等大型空間結構,用鋼筋做支架,用高強度的薄膜等做牆壁,材料整體既輕且強。”課題組博士生孫海燕說,“在這堙A碳納米管就是支架,石墨烯就是牆壁。”

在已報道的成果中,高超課題組製備的“碳海綿”仍是最輕紀錄保持者──可達到0.16毫克/立方釐米,低於氦氣的密度。相關論文2月18日在線發表在《先進材料》上。但課題組對申報吉尼斯世界紀錄興趣不大,“‘輕’並不是它最大的新意所在”。高超解釋:它的價值在於其簡便的製備方法,以及材料所展現出來的優越性能。

科學家介紹說,氣凝膠的基本製備原理是除去凝膠中的溶劑,讓其保留完整的骨架。在以往製備氣凝膠的案例中,科學家主要採用溶膠─凝膠法和範本導向法。前者可以批量合成,但是可控性差;後者能產生有序的結構,但依賴於範本的精細結構和尺寸,難以大量製備。高超課題組另闢蹊徑,探索出無範本冷凍幹燥法:將溶解了石墨烯和碳納米管的水溶液在低溫下凍幹,便獲得了“碳海綿”,並且可以任意調節形狀,令生產過程更加便捷,也使這種超輕材料的大規模製造和應用成為可能。

“不需要範本,只與容器有關。容器多大,就可以製備多大,可以做到上千立方釐米,甚至更大。”高超說。

性能優越

高彈性、強吸附,應用前景廣闊

《自然》雜誌點評的標題是:《固體碳:彈性而輕盈》,認為這一新生事物的性能令人驚喜。

據介紹,“碳海綿”具備高彈性,被壓縮80%後仍可恢複原狀。它對有機溶劑具有超快、超高的吸附力,是迄今已報道的吸油力最高的材料。現有的吸油產品一般只能吸自身質量10倍左右的液體,而“碳海綿”的吸收量是250倍左右,最高可達900倍,而且只吸油不吸水。“大胃王”吃有機物的速度極快:每克這樣的“碳海綿”每秒可以吸收68.8克有機物。這讓人想到用它來處理海上的漏油,“可以把它們撒在海面上,就能把漏油迅速地吸收進來,因為有彈性,吸的油能夠被壓出來回收利用,‘碳海綿’也可以重新使用。”科研人員表示。

目前,實驗室正在對這一材料的吸附性能進行進一步的應用性研究。科研人員說,“碳海綿”還可能成為理想的相變儲能保溫材料、催化載體、吸音材料以及高效複合材料。不過,這一新生材料就如呱呱墜地的嬰兒,科學家還很難准確預計其應用領域與前景,還得依靠社會以及產業界的想像力,讓這個新材料走出實驗室,實現應用價值。



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