气凝胶改变世界的神奇材料.

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气凝胶改变世界的材料《自然辩证法概论》课程论文

图2 气凝胶的分类气凝胶——改变世界的新材料摘要：文中对气凝胶材料进行了较为详细介绍，主要包括该材料的研究背景、分类、特性、制备、表征及研究进展，并且从其在保温隔热、星尘采集、吸附、热损失、吸音降噪、防弹等方面的应用及其制品进行论述，以展现其奇特性能和运用，有望在未来改变我们的生活世界。

1. 气凝胶材料背景介绍有一种材料，它身轻如烟，它在光线下呈烂漫的蓝色，它可以抵御1000多度高温呵护娇艳的鲜花，它可以轻松的“踩”在几根绒毛上且不压弯它，它可以将1Kg 炸药的爆炸威力化为无形，它可以变身“海绵宝宝”吸附海上泄露的原油，它可以任你翻越雪山趟过火海仍护你周全，它创下了15项吉尼斯纪录……这个神奇的材料就是气凝胶（aerogel ，图1为气凝胶实物图）。

气凝胶曾被誉为改变世界的新材料，在航空航天、国防等高技术领域及建筑、工业管道保温等民用领域都有极其广泛的应用前景。

图1 气凝胶实物图（左氧化硅气凝胶；右氧化铝气凝胶）（注：图片来源网络）气凝胶不同于我们传统思维中的“胶”，它是一种具有零维的量子点、一维的纳米线或者二维的纳米片等低维纳米结构经三维组装而成的超轻多孔固体物质，孔隙率可高达99.8％，密度为1~3Kg/m ³，因其密度极低，所以也被叫做“冻结的烟”或“蓝烟”，其所获的吉尼斯纪录中就有一项为“世界上最轻的固体”，热导系数热导率约为0.013W/(m •K)，比表面积200~1000m 2/g [1]。

气凝胶的问世源于一个世纪前青年科学家们之间的打赌，斯坦福大学的Samuel Stephens Kistler 说他能在果冻无任何收缩的条件下除去其中所有的液体。

结果他赢了并发明了气凝胶，于1931年发表在自然杂志，内容只有半面[2]。

Kistler 利用溶胶-凝胶法制得凝胶后经超临界干燥技术制得结构完整的气凝胶，由于常规的蒸发干燥会使凝胶孔结构塌陷，得到碎裂的干胶或粉末，另外他指出几乎所有的材料都可制成气凝胶状态。

保温新材料—高性能纳米气凝胶

保温新材料—高性能纳米气凝胶如下，气凝胶是一种纳米科技的产物，拿在手里像一块美玉一样，纯净无暇，晶莹剔透。

很轻，其密度大约为每立方厘米3毫克，什么概念呢？仅仅为空气的三倍重。

但是却有着超凡惊人的特性▲高温火焰未能将气凝胶上面的火柴点燃▲隔着气凝胶，娇嫩的花朵也可以从容面对高温火焰▲一块重2.5公斤的砖块，由一块重2克的气凝胶支撑着。

其实气凝胶是一种10纳米粗细的玻璃泡沫气泡▲电子显微镜下扫描气凝胶的照片气凝胶在太空侦测上，也有多种用途，在俄罗斯的和平号太空站和美国的火星探路者上都有用到这种材料。

▲NASA（美国航空航天局）华人科学家邹哲（Peter Tsou）和气凝胶样本“气凝胶”为目前先进隔热材料之一，所以已经有国家尝试将它用在建筑保温上，已经成形的产品有下面的“碳气凝胶”保温毡毯还可以用在家庭的墙体保温气凝胶的安全性气凝胶的安全性，取决于其制造的物质成分。

部分气凝胶组成成分中，含有致癌物质或毒素。

目前，以硅为基本材质的气凝胶，还未发现具有致癌或含毒的性质。

不过，硅气凝胶会刺激人的眼睛、皮肤、呼吸道和消化系统，并且一旦接触，会造成皮肤黏膜的干涩。

因此，建议当持着硅凝胶时，最好配备着护目镜以及手套，以避免受到伤害。

气凝胶的发展随着加入到这个领域的研究人员的增加，气凝胶科学技术有了快速发展。

20世纪80年代初期，粒子物理学家认识到SiO2气凝胶将是气凝胶切连科夫计数器粒子鉴别器的理想介质材料，试验需要大量的透明SiO2气凝胶。

相信在不远的将来气凝胶会有更加长远的发展。

看完这些，小编只能感慨科学家真心比黄教主牛叉啊！------------------------------。

气凝胶——”最棒“的绝热材料

气凝胶——”最棒“的绝热材料
气凝胶是由纳米多孔骨架结构所构成的新型固体材料，其中90%以上的体积由空气所占据，是目前世界上最轻的固体材料。

气凝胶的这种特殊结构，使其成为了一种超隔热材料，这也是世界上研究最多的气凝胶性能。

气凝胶虽然具有优异的保温性能，但是脆性大，极大的限制了其应用。

所以目前商业化气凝胶隔热材料主要是由玻璃纤维增强的氧化硅气凝胶复合材料。

气凝胶绝热毡
管道保温性能对比
气凝胶保温衣
绝热采光板
典型的应用领域
热注蒸汽管道保温
建筑围护结构超级保温材料
LNG输送管道保冷
轨道客车保温
矿用救生舱隔热
军事用途
气凝胶超保温材料的机理：
1.对流：当气凝胶材料中的气孔直径小于70nm时，气孔内的空气分子就失去了自由流动的能力，相对地附着在气孔壁上，这时材料处于近似真空状态。

2.辐射：由于气凝胶内的气孔均为纳米级气孔再加材料本身极低的体积密度，使材料内部气孔壁数目趋于“无穷多“，对于每一个气孔壁来说都有遮热板的作用，因而产生近于”无穷多遮热板“的效应，从而使辐射传热下降到近乎最低极限。

3.热传导：由
于近于无穷多纳米孔的存在，热流在固体中就只能沿着气孔壁传递，近于无穷多的气孔壁构成了近于“无穷长路劲”效应，使得固体热传导的能力下降到接近最低极限。

科学家发明世上最轻神奇固体材料--气凝胶

科学家发明世上最轻神奇固体材料--气凝胶气凝胶--被科学家喻为可改变世界的神秘物质气凝胶的应用逐渐溶入人们日常生活气凝胶是世界最轻的固体材料据国外媒体报道，一种材料可以避免你的房屋遭受炸弹袭击，可以吸收溢出的油，甚至该材料还能帮助人类探测火星。

它就是被科学家喻为本世纪能够改变世界的物质--气凝胶。

被称为"冰冻烟雾"的气凝胶是本世纪奇迹材料这种材料就是气凝胶，目前世界上最轻的固体，它能够抵御1公斤炸药的直接爆炸，而且可以承受超过1300摄氏度高温喷射。

目前，科学家们正在积极开发该材料新的应用领域，从下一代网球球拍到用于人类登陆火星所穿着的超级绝缘太空服。

预计气凝胶将成为与上世纪神奇材料相提并论，比如：上世纪30年代酚醛塑料、80年代碳纤维和90年代硅树脂。

美国西北大学化学教授莫科瑞纳特茨迪斯说，"这是一个非常神奇的材料，它是迄今为止人类生产的密度最低的材料，同时它还有诸多用途，诸如用于过滤污染水质、对超高温度进行绝缘处理以及珠宝行业也使用它。

"人们更习惯称气凝胶为"冰冻烟雾"，它是将硅胶快速萃取水分，紧接着用二氧化碳代替水分。

因此，它在极端高温和吸收诸如原油等污染物质方面有显著表现。

三大应用领域：太空宇航、防爆装置、除污吸附剂据了解，气凝胶的发明过程富有戏剧色彩，1931年，它是在美国化学家打赌中研制成功的。

但是早期产品材料脆弱、价格昂贵，最初仅供实验室研究。

几十年之后，美国宇航局意识到该材料的特殊性，对此颇感兴趣，进而气凝胶才逐渐进入应用领域。

1999年，美国宇航局"星尘"号太空探测器携载着装满气凝胶的拳击手套进入太空，并计划用气凝胶捕捉彗星尾部尘埃微粒，2006年，"星尘"号满载由气凝胶采集的彗尾尘埃样本回到地球。

2002年，由美国宇航局创建的阿斯彭气凝胶公司生产出了更坚固、更韧性的气凝胶。

着眼于未来，科学家们正在研制利用气凝胶作为新型太空服的绝缘内衬材料，有助于2018年宇航员首次登陆火星。

纳米气凝胶简介及特性

顾名思义，纳米气凝胶是一种源自凝胶体的固体，凝胶体的液体成分被空气替代，使得它干燥且多孔。

事实上，90%以上的体积为真空，因此纳米气凝胶是世界上很轻的固体材料。

其密度比玻璃小1000倍，因此它也是世界上密度很低的固体材料。

其紧密分布的粒径特别适合绝热应用，因为它们的导热性能极低、抗剪能力很高且疏水性很强。

纳米气凝胶特性
纳米气凝胶99.8%以上为空气，因为密度极低，目前最轻的纳米气凝胶仅有0.16毫克每立方厘米，目前已经作为“世界上密度最低的固体”正式入选《吉尼斯世界纪录》。

当纳米气凝胶放到暗色背景前，呈淡蓝色，被称之为“蓝烟”（如下图），由于纳米气凝胶有导热系数较低，应用领域十分的广泛，被誉为“改变世界的十大神奇材料”之一。

纳米气凝胶历史
纳米气凝胶，又称为干凝胶。

是由胶体粒子或高聚物分子构成的纳米多孔网络结构，并在空隙中充满气态分散介质的一种高分散固体材料，外表呈固体状。

纳米气凝胶是由美国科学工作者在1931年通过水解水玻璃的方法制得。

随后随着纳米气凝胶研究的深入和超临界
干燥技术的逐步完善，使构成纳米气凝胶的固体微粒更趋于细化，微孔分布更趋于均匀,从而使材料的密度更低,孔隙率更高。

目前的纳米气凝胶主要是指一种以纳米量级超细微粒所聚集成的固态材料。

这就是纳米气凝胶的简介与特性，希望对您有所帮助！。

气凝胶——超级绝热保温材料

气凝胶——超级绝热保温材料气凝胶——改变世界的神奇材料二氧化硅气凝胶又被称作“蓝烟”、“固体烟”，是目前已知的最轻的固体材料，也是3迄今为保温性能最好的材料。

因其具有纳米多孔结构(1~100nm)、低密度(1,500kg/m)、低介电常数(1.1~2.5)、低导热系数(0.003~0.025 w/m•k)、高孔隙率(80,,99 8,)、高比表2面积(200~1000m/g)等特点，在力学、声学、热学、光学等诸方面显示出独特性质，在航天、军事、通讯、医用、建材、电子、冶金等众多领域有着广泛而巨大的应用前景，被称为“改变世界的神奇材料”。

气凝胶的特性及应用特性应用在所有固体材料中热导率最低，建筑节能材料，热学轻质，保温隔热材料，透明，浇铸用模具等。

超低密度材料密度 ICF以及X光激光靶 3(最低可达3kg/m)高比表面积，催化剂，吸附剂，缓释剂、离子交孔隙率多组分。

换剂、传感器等低折射率， Cherenkov探测器，光学透明，光波导，多组分, 低折射率光学材料及其它器件声学低声速声耦合器件低介电常数，微电子行业中的介电材料，电学高介电强度，电极，超级电容器高比表面积。

弹性，高能吸收剂，机械轻质。

高速粒子捕获剂气凝胶的发展世界上第一个气凝胶产品是1931年制备出的。

当时，美国加州太平洋大学(College of the Pacific)的Steven.S. Kistler提出要证明一种具有相同尺寸的连续网络结构的固体“凝胶”，其形状与湿凝胶一致。

证明这种设想的简单方法，是从湿凝胶中去除液体而不破坏固体形状。

如按照通常的技术路线，很难做到这一点。

如果只是简单地让湿凝胶干燥，凝胶将会收缩，常常使原来的形状破坏，破裂成小碎片。

也就是说，这种收缩经常是伴随着凝胶的严重破裂。

Kistler推测:凝胶的固体构成是多微孔的，液体蒸发时的液一气界面存在较大的表面张力，该表面张力使孔道坍塌。

此后，Kistler发现了气凝胶制备的关键技术(Kistler，1932)。

稀土纤维气凝胶材料百科知识

稀土纤维气凝胶材料百科知识稀土纤维气凝胶材料百科知识：超级材料的神奇世界嘿，大家好呀！今天咱就来唠唠这个超厉害的“稀土纤维气凝胶材料”。

你们可别小瞧它哦，这玩意儿可真是个宝贝！它就像是来自未来的材料，有着许多让人惊叹的特性。

首先呢，这稀土纤维气凝胶材料特别轻，轻到啥程度呢？感觉就跟一片羽毛差不多！想象一下，要是用它来做衣服，那咱穿上岂不是感觉跟没穿一样，轻若无物呀。

而且呀，它的保温性能那叫一个绝。

大冬天的，你要是穿一件用它做的衣服，估计就像裹在一个小火炉里，再也不怕被冻成冰棍啦！它能把热量牢牢地锁住，让你暖和得不要不要的。

不仅如此，这材料还超级耐用。

你就随便折腾它吧，它都不会轻易坏掉。

感觉就像个打不死的“小强”，坚韧无比。

咱再来聊聊它的隔音效果。

要是家里的墙面用这种材料，那外面吵翻天了，你在屋里还能安静地睡大觉呢。

就好像给自己打造了一个与世隔绝的小世界，多惬意啊！但是呢，你可别以为这么厉害的东西就高不可攀啦。

说不定哪天，它就会出现在我们日常生活的方方面面。

到时候，咱就能切身感受它的神奇啦。

不过，我有时候也会想象一些有趣的场景。

比如说，要是用这材料做个超级大的气球，大家都坐在里面，飘在空中，那得多有意思呀！哈哈，虽然这有点胡思乱想了，但谁知道未来科技会不会真的实现呢。

总之呢，稀土纤维气凝胶材料就是这么一个又厉害又神奇的东西。

我真期待着它能给我们的生活带来更多的惊喜和改变。

说不定以后咱们出门穿的、用的都是用它做的，那可真是进入了一个全新的材料时代呀！大家一起期待吧！希望这一天快点到来哦。

怎么样，听我这么一说，你们是不是也对这个超级材料感兴趣啦？那就多去了解了解吧！。

气凝胶 15项吉尼斯纪录列表

气凝胶：创造15项吉尼斯纪录的神奇材料气凝胶，又称超轻多孔材料，是一种由96%以上的空隙构成的固体材料。

由于其独特的物理结构和化学性质，气凝胶在各个领域都展现出了惊人的潜力，创造了多项吉尼斯世界纪录。

本文将以15项吉尼斯纪录为线索，探讨气凝胶在不同领域的应用和突破。

一、世界上最轻的固体气凝胶因其大量的微孔结构，拥有非常低的密度，因此被认定为世界上最轻的固体材料，十分轻盈，让人难以置信。

二、世界上最低的热导率由于其多孔结构，气凝胶表现出惊人的隔热性能，使其成为世界上热导率最低的材料之一。

三、世界上最高的比表面积气凝胶的高比表面积使其具有极强的吸附性能，是世界上比表面积最高的固体材料之一，广泛应用于催化剂、吸附剂等领域。

四、世界上最低的密度固体正是由于其极低的密度，气凝胶被认定为世界上最低密度的固体材料，这一特性为其在航空航天等领域的应用提供了巨大便利。

五、世界上最强的吸声材料由于其多孔结构和高比表面积，气凝胶表现出了卓越的吸声性能，成为世界上最强的吸声材料之一。

六、世界上最强的隔热材料气凝胶因其低热导率和隔热性能，被认定为世界上最强的隔热材料，被广泛应用于建筑、航天航空等领域。

七、世界上最强的吸油材料气凝胶因其高比表面积和亲油性，被认定为世界上最强的吸油材料，广泛应用于油水分离、环保清洁等领域。

八、世界上最强的抗拉材料通过特殊处理，气凝胶表现出了出色的抗拉性能，被认定为世界上最强的抗拉材料之一，被广泛应用于新能源、新材料等领域。

九、世界上最好的保温材料气凝胶因其低密度、低热导率和多孔结构，表现出了出色的保温性能，成为世界上最好的保温材料之一。

十、世界上最好的隔音材料由于其多孔结构和吸声性能，气凝胶成为世界上最好的隔音材料之一，广泛应用于建筑、交通等领域。

十一、世界上最好的吸湿材料气凝胶因其亲水性和大量的微孔结构，成为世界上最好的吸湿材料之一，被广泛应用于湿度调节、干燥剂等领域。

十二、世界上最好的吸附材料由于其高比表面积和多孔结构，气凝胶成为世界上最好的吸附材料之一，广泛应用于医药、环保等领域。

美国国家宇航局科学家研制出的一种新型气凝胶

气凝胶美国国家宇航局科学家研制出的一种新型气凝胶，近日作为“世界上密度最低的固体”，正式被列入《吉尼斯世界纪录》。

这种新材料密度仅为每立方厘米3毫克（每升3克）。

此前，世界最轻固体的纪录由另一种气凝胶保持，它的密度为每立方厘米5毫克。

气凝胶新型气凝胶是由美国国家宇航局下属的“喷气推进实验室”材料科学家史蒂芬·琼斯博士研制的。

它的主要成分和玻璃一样也是二氧化硅，但因为它99.8％都是空气，所以密度只有玻璃的千分之一。

化学家打赌时发明气凝胶气凝胶呈半透明淡蓝色，重量极轻，因此人们有时也把它称为“冷冻烟雾”（frozen smoke）。

这种物质是将硅胶中的水提取出来，然后用诸如二氧化碳之类的气体取代水的方法制成的。

在制作过程中，液态硅化合物首先与能快速蒸发的液体溶剂混合，形成凝胶，然后将凝胶放在一种类似加压蒸煮器的仪器中干燥，并经过加热和降压，形成多孔海绵状结构。

它由一位美国化学家于1931年在打赌时发明出来，但早期的气凝胶非常易碎和昂贵，所以主要在实验室里使用。

直到10年前美国宇航局开始对这种物质感兴趣，并让其发挥更为实际的用途，这种材料终于走出了实验室。

气凝胶作为世界上质量最轻的固体，别看貌似“弱不禁风”，其实非常坚固耐用。

可以经受住1公斤炸药的爆炸威力，还可以抵挡住喷灯产生的高达1300摄氏度的高温。

此外它的导热性和折射率也很低，绝缘能力比最好的玻璃纤维还要强39倍。

从下一代网球球拍到执行火星探险任务的宇航员所穿的超级隔热太空服，科学家们正在努力探索这种物质的新用途。

它有望和前几代神奇产品，比如20世纪30年代的酚醛树脂、20世纪80年代的碳纤维和90年代的硅树脂相媲美。

科学家表示气凝胶未来可能将改变世界。

美国伊利诺斯州埃文斯顿西北大学的一位化学教授梅科瑞·卡纳茨迪斯（Mercouri Kanatzidis）说：“气凝胶是一种神奇的材料。

它的密度比人类目前所知的任何物质的密度都小，而功能却是如此强大。

未来十大新材料之一“神奇”的气凝胶材料

未来十大新材料之一“神奇”的气凝胶材料
绿建宝保温建材2021-01-29 11:11:23
质地轻薄、干脆、微透，用力按压甚至可以将它压碎，这就是未来十大新材料之一气凝胶。

气凝胶材料是一类以固体为骨架、气体为分散介质的具有三维多孔网络结构的新型材料。

与其他化学物质结合，还可以形成以玻璃纤维、发泡体、碳纤维等为增强体的多种气凝胶产品，从而具有低密度、高比表面积和低热导率等优异性能。

借用筋骨助力工业节能
碳纤维就好比人的骨架一样，其具有耐高温、高强度、低导热系数等特点。

气凝胶材料是以耐高温碳纤维作为增强体，采用溶胶—凝胶工艺将气凝胶前驱体固化在碳纤维的孔洞内部，通过后续的超临界和热处理等工艺制备而成，作为高性能绝热材料，在真空、惰性氛围、单晶硅、多晶硅炉体及航空航天等领域具有广泛应用。

贴近生活建筑保温防火灾
我国气凝胶的研究是从上世纪90年代开始的，经过不到30年的发展，已投入市场应用。

作为非承重墙体，气凝胶热导率低，还具有良好的保温效果。

另外，气凝胶属A级保温材料，遇到火星不会燃烧，将它作为保温材料也能避免火灾的发生。

除了作为墙体保温材料，气凝胶还可制作成玻璃窗，增强玻璃的保温效果。

气凝胶还可以应用到新能源汽车的锂电池上，在锂电池之间加上气凝胶产品，可以防止每块锂电池的热量互相影响，也可进一步防止电池因高温而导致燃烧。

除此之外，气凝胶拥有广阔的应用前景，可应用于生产生活、航空航天、石油化工、新能源、汽车列车等领域。

气凝胶

气凝胶，改变世界的神奇材料它轻得被称为“冻结的烟雾”，却可以抵御炸弹爆炸；它是最好的保温材料，能够隔绝极端温度；它又是“最佳海绵”，可用来过滤污水。

它就是气凝胶，几乎可以应用于任何领域进入21世纪，有一种神奇材料将能使你的房子抵御炸弹爆炸，它还能清楚水中的污染物，甚至帮助人们飞上火星。

这就是气凝胶，世界上最轻的固体之一。

它能承受1000公斤炸弹的爆炸冲击波，还能隔绝1300摄氏度以上的高温。

科学家正在开发这一材料的各种新用途，从新一代的网球拍到能帮助人类登陆火星的超级保温太空服。

相比过去发明的神奇材料——如上世纪30年代的酚醛树脂，80年代的碳纤维，以及90年代的硅等——气凝胶的出现又将是一大突破。

美国西北大学化学系教授迈尔库里·卡纳齐季斯说：“这真是一种神奇的材料。

它是人类已知的密度最低的产品，然而用途却又极其广泛。

我认为气凝胶几乎可以应用于任何领域，像过滤被污染的水，隔绝极端温度，甚至制作珠宝首饰等。

”气凝胶又称“冻结的烟雾”，它是从一种硅胶中抽去水分，然后注入二氧化碳等气体制成的。

这样的材料能够隔绝极度高温或低温，并吸收石油等污染物。

其实，一位美国化学家早在1931年就发明了这种材料，但早期制成的材料非常脆弱，而且成本很高，因此使用只局限在实验室中。

直到10年前，美国国家航空和航天局（NASA）开始对这种材料产生兴趣，并赋予了它更多实际的用途。

1999年，NASA为“星尘”号太空探测器配备了一个充满气凝胶的尘埃搜集装置，为的是捕获彗星尾巴中的尘埃。

去年，这个探测器带回了丰富的样体。

2002年，NASA创建的阿斯彭气凝胶公司生产出了一种耐受性和柔韧性更强的气凝胶。

它现在正被用来制作太空服的隔热保温衬里，以便为2018年的人类登陆火星计划做准备。

该公司一位科学家说，18毫米厚的气凝胶衬里就足以帮宇航员隔绝零下130摄氏度的低温。

“这是我们见过的最棒的保温材料。

”目前，人们还在进行用气凝胶制造防爆房屋和装甲车得试验。

改变世界的材料-气凝胶

2. 防弹防弹是新型气凝胶的第二个重要用途。根据试验室的试验情况来看，如果在金属片上加一层厚约6毫米的气凝胶，那么，就算炸药直接炸中，对金属片也分毫无伤。
3. 日常生活新型气凝胶也将步入我们每个人的未来日常生活。例如: 制作击球能力更强的网球拍，保温房子，登山装备
谢谢聆听！！
改变世界的材料—气凝胶（Aerogel）
殷秀平（15720182）
目录
1.气凝胶的概念及其背景
2.气凝胶的制备
3.气凝胶的性质与应用
一.气凝胶的简介
1. 气凝胶的概念
气凝胶：英文aerogel，又称为干凝胶。当凝胶脱去大部分溶剂，使凝胶中液体含量比固体含量少得多，或凝胶的空间网状结构中充满的介质是气体，外表呈固体状，这即为干凝胶，也称为气凝胶。
气凝胶也具有凝胶的性质，气凝胶的组成通常是非晶的，例如，致密的石英是晶体，但是二氧化硅气凝胶是非晶的，这有点像是泡沫玻璃。
一般常见的气凝胶为硅气凝胶，其最早由美国科学工作者 Kistler在1931年制得。气凝胶的种类很多，有硅系，碳系，硫系，金属氧化物系，金属系等等。
2.气凝胶的特性
1. 气凝胶属于一种固体，但99%是由气体构成，外观看起来像云一样，是世界上密度最小的固体。它有数百万小孔和褶皱，如果把一立方厘米的气凝胶拆开，它会填满一个有足球场那么大的地方。它的小孔不仅能像一块海绵一样吸附污染物，还能充当气穴。
③从相关的文献表明：碳气凝胶的充电容量达3×104/kg2，功率密度为7 Kw/kg，反复充放电性能良好。
5. 非线性光学应用
在材料的量子尺寸效应研究方面，由于硅气凝胶的纳米网络内形成量子点结构，化学气相渗透法掺Si及溶液法掺C60 的结果表明，掺杂剂是以纳米晶粒的形式存在，并观察到很强的可见光发射，为多孔硅的量子限制效应发光提供了有力证据。

气凝胶的前世今生

气凝胶的前世今生作者：苏更林来源：《百科知识》2019年第09期在人类的发明史上，有许多发明的诞生极具偶然性。

气凝胶就是美国人基斯特勒受果冻的启发而发明出来的。

气凝胶现在是一种炙手可热的新材料，被誉为“改变世界的十大神奇材料”之一。

基斯特勒系美国科学家、发明家、化学工程师、教育学家。

他的兴趣十分广泛，一生成果颇丰，仅取得的专利就有60多项，其中对后世产生重要影响的要数气凝胶了。

说起果冻，人们都不会陌生。

基斯特勒关注果冻的视角非常特别，他想到这样一个问题：既然果冻的主要成分为水，含量可高达99.5%，那么为什么其中的水不会析出呢？果冻其实是一种水凝胶。

所谓凝胶，是指溶胶失去流动性后变成的一种富含液体的半固态物质。

基斯特勒认为，一定存在著许多无形的“容器”，把水分困在其中，这种特殊的“容器”是由明胶分子组成的立体网格。

但问题是，由明胶分子组成的立体网格怎么能兜住那么多的水？原来，果冻网格内的水分子是由表面张力拉住的，并且这种表面张力的大小，正好让水既无法挣脱又可以晃动，这样才有了果冻颤巍巍的质感。

1931年，基斯特勒和他的同事查尔斯打了一次“赌”，看谁能用气体把果冻罐里的液体给换掉，而又不能导致凝胶的结构崩溃。

这看似一个漫不经心的科技笑谈，实际上却是对他们天才思想的考验。

在当时的科技条件下，他们是如何实现科技突破的呢？基斯特勒首先要做的就是弄清楚凝胶的网格与其中的水是不是一个整体，也就是说把液体拿走了凝胶的立体网格会不会被破坏？为此，基斯特勒进行了一系列的实验。

实验证明，果冻内的液体是连成一体的，并且可以被替换成其他液体。

这说明果冻内的网格与液体可能是相互独立的。

下面的问题就是如何用气体换掉果冻里的液体了。

用蒸发的办法去除果冻里的液体显然是不可行的，因为蒸发一定会导致凝胶网格的破坏。

基斯特勒的突围之策是超临界干燥法。

超临界干燥法是指通过压力和温度条件的控制，让液体在临界温度之上完成从液相至气相的转变，并依靠压力作用来抑制气相的逸散。

全碳气凝胶的用途

全碳气凝胶的用途
《全碳气凝胶的奇妙用途》
嘿呀，你们知道全碳气凝胶不？这玩意儿可太有意思啦！
有一次我去参加一个科技展览，就看到了关于全碳气凝胶的展示。

那场面，真的让我大开眼界。

工作人员拿出来一块全碳气凝胶，看着就跟一块轻飘飘的云朵似的。

他们说这东西特别轻，轻到什么程度呢，就好像一片羽毛一样。

我当时就想，哇塞，这也太神奇了吧！
然后他们开始展示它的其他用途。

说它可以用来做隔热材料，就像给房子穿上了一件超级保暖的外套。

我就在那想象，要是我家的房子用了这全碳气凝胶做隔热，那冬天得有多暖和呀，是不是都不用开暖气啦，哈哈。

接着他们又说它还能用来做隔音材料呢，就好像给声音装上了消音器一样。

我就琢磨着，那要是在录音棚里用上它，岂不是能把那些杂七杂八的声音都给挡在外面，录出来的声音肯定特别纯净。

还有呢，他们说全碳气凝胶还能在一些特殊领域发挥大作用。

比如在航空航天领域，可以减轻飞行器的重量，让它们能飞得更远更高。

我就幻想着那些宇宙飞船啊带着全碳气凝胶制造的部件，在浩瀚的宇宙中自由翱翔，太酷啦！
哎呀呀，全碳气凝胶的用途真的是太广泛啦，我真是越想越觉得这东西厉害。

以后肯定还会有更多更神奇的用途被发现，我可真是太期待啦！
总之呢，全碳气凝胶就是这么一个神奇又好玩的东西，给我们的生活带来了好多新奇的可能呀！。

一文读懂这种先进的技术、未来的绝热材料：气凝胶！

一文读懂这种先进的技术、未来的绝热材料：气凝胶！我们的世界正处于探索外层空间的新竞赛之中，新材料处于技术进步的前沿。

考虑宇航服的需求。

它必须保护宇航员免受太空极端温度的影响，同时尽可能轻薄以帮助机动性。

NASA 开发了用于太空探索的气凝胶绝热材料，但近年来，气凝胶已经商业化，并在其他各种领域得到了应用。

气凝胶是极好的绝热体，在这张图片上你可以看到，一块气凝胶保护一朵花免受喷灯的伤害。

气凝胶是一种先进材料，由于其超多孔结构，工程师不仅可以为宇航服和车辆设计新的隔热材料，还可以设计过滤器、电池、太阳能集热器等。

然而，“气凝胶”其实不是一种材料。

相反，它们是一种特殊形式的固体，可以由二氧化硅、聚合物、氧化物、碳和其他材料制成。

尽管气凝胶表现出来的是固体，但它们包含许多微小的空隙或“孔隙”，以至于它们主要由空气组成。

在本文中，我们将回答以下问题：•什么是气凝胶？•如何制作气凝胶？•气凝胶的主要特性是什么？•气凝胶的应用有哪些？什么是气凝胶？气凝胶是一种超多孔材料，这意味着虽然它们是固体，但它们充满了称为孔隙的微小充气孔。

这些孔隙是气凝胶独特性能的关键。

虽然许多材料都是多孔的，例如泡沫和某些陶瓷，但气凝胶是一种极端情况。

在气凝胶中，孔隙构成了大部分材料，从而形成了一种超轻的固体材料。

气凝胶中的孔隙也非常小，远小于人的头发，而且太小，肉眼无法看到。

因此，气凝胶是如此轻盈和半透明，以至于它们有“固体云”和“冻烟”之类的绰号。

气凝胶的主要特性是什么？气凝胶是多孔的，其体积的 95% 是空气，这赋予了它们各种不同寻常的特性。

其中之一是它们属于有史以来制造或发现的最轻的材料，这使得它们在重量减轻至关重要的航空航天应用中特别有用。

气凝胶的特性包括：•极低密度（几乎跟空气一样轻）•非常低的热导率（在单一材料状是目前导热系数最低的保温材料）•用于催化或电化学反应的高表面积•半透明这些独特特性的关键在于，气凝胶不仅具有高度多孔性，而且孔隙也非常小——太小而无法用人眼看到。

(常考题)北师大版初中物理九年级全册第十六章《粒子和宇宙》测试(答案解析)(3)

一、选择题1．如图所示，这是一个小“蒸气轮机”。

下列说法正确的是（）A．酒精燃烧越充分，它的热值就越大B．蒸汽推动轮机转动过程，内能转化为机械能C．通过先进的技术改进，“蒸气轮机”的效率可达100%D．蒸汽推动轮机转动过程，相当于四冲程汽油机的压缩冲程2．“收官之作，星耀全球”，2020年6月23日，长征三号运载火箭搭载着北斗三号最后一颗全球组网卫星成功发射，标志着我国全面完成北斗星卫星导航系统星座部署，下列说法正确的是（）A．火箭使用液氢燃料，主要是因为液氢的比热容较大B．燃料燃烧时内能转化为化学能C．火箭加速升空时，机械能总量在不断增大D．卫星上的太阳能电池板将太阳能转化为内能3．下列关于能量及其能量的转化的说法中不正确的是（）A．地球卫星在太空中由近地点向远地点运动的过程重力势能减小，动能增加B．坠落的限石在空中划过一道亮光时机械能转化为内能C．物体具有内能，也可以同时具有机械能D．热传递的实质是内能的转移4．下列关于粒子和宇宙的说法，正确的是A．物质是由分子、原子组成，原子由质子和电子组成B．宇宙是一个有层次的天体结构系统，其中恒星是绝对不动的C．汤姆生经过大量的实验提出了原子的核式结构模型D．100mL水与100mL酒精混合后总体积小于200mL，说明分子间有空隙5．出行是人们工作、生活必不可少的环节，出行的工具多种多样，使用的能源也不尽相同。

自行车、太阳能小车和电力机车所消耗能量的类型分别是（）①生物能②核能③电能④太阳能A．①②③B．①④③C．①②④D．②④③6．节能减排，保护家园，下列做法中正确的是A．白天教室没有人时，灯一直亮着B．将垃圾进行分类投放C．夏天将教室空调调至19℃D．将废旧干电池随意丢弃7．在进行如图所示的实验或有关装置工作时，能量转化情况相同的是A．丙和丁B．甲和丙C．甲和乙D．乙和丁8．如图所示，对于图中所述的物理过程，下列分析正确的是（）A．图甲，瓶子内的空气推动塞子跳起时，空气的内能增大B．图乙，试管内的水蒸汽推动塞子冲出时，水蒸气的内能减少C．图丙，汽缸内的气体推动活塞向下运动时，气体的内能增大D．图丁，小蒸汽轮机利用机械能转化成内能来工作的9．下列实例中，材料的选用与描述的物理属性不相符的是A．用橡胶做汽车轮胎，是因为橡胶的弹性好B．电水壶的把手处用塑料，是因为塑料的隔热性好C．被毛皮摩擦过的塑料尺能吸引碎纸屑，是因为塑料尺有磁性D．用钨作为白炽灯泡灯丝，是因为钨的熔点高10．下列关于宇宙的认识正确的是()A．自16世纪后,哥白尼创立了“地心说”,牛顿创立了万有引力理论B．恒星的位置是固定不变的,太阳是银河系中数以千亿计恒星中的一颗普通的恒星C．天文学家哈勃发现星系的光谱向长波方向偏移,称为“红移”现象．这一现象说明星系在离我们越来越近D．我们认识到,宇宙是一个有层次的天体结构系统11．在下列能源中，属于不可再生能源的是（）A．风能 B．水能 C．石油 D．太阳能12．下列有关热机的说法正确的是（）A．内燃机的冷却液需要用比热容较大的物质B．内燃机的做功冲程是机械能转化为内能的过程C．汽油机消耗的汽油可循环使用，是取之不尽的能源D．热机的使用缓解了城市的热岛效应二、填空题13．太阳能路灯系统是采用晶体硅太阳能电池供电，免维护阀控式密封蓄电池（胶体电池）储存电能，超高亮LED灯具作为光源，并由智能化充放电控制器控制，用于代替传统公用电力照明的路灯。

二氧化硅气凝胶介绍

如果要问世界上最轻的东西是什么？很多小伙伴也许会说最轻的是棉花，一片羽毛或是蒲公英等等。

在国际顶级权威学术杂志《科学》第250期中，列出了可以改变世界的十种新材料，而在这些新材料中有一种材料因为其独占多项世界纪录，位居十大新材料之首。

这种材料只比等量空气的重量要重一点点，但是却能抵抗1400摄氏度的高温，这比大多数金属熔点都要高，全世界的科学家都为它的这些独特性能所吸引，它的名字就是气凝胶。

一定浓度的高分子溶液或溶胶在特定的条件下，粘度就会逐渐增加，最后会失去液态的流动性，整个形态就会变成一种外观均匀，并保持一定形态的弹性半固体，而这种弹性半固体就被称为凝胶。

像我们小时候都喜欢吃的果冻就是常见的一种凝胶，这种凝胶是依靠水和其它液态充满内部后形成的，而在凝胶中充满气体就会变成另一种凝胶，这就是气凝胶。

气凝胶的特点气凝胶是世界上最轻的固体材料，这也被列入了基尼斯世界纪录，因其颜色呈现出淡蓝色，因此也被称为“蓝烟”，也有人将其称为“固体空气”。

在阳光的照射下气凝胶几乎透明，重量也非常的轻，气凝胶内部99.8%的是空气，而密度只有同样原材料是二氧化硅玻璃的千分之一，这些很轻的气凝胶只要一抽掉空气密度甚至就会比空气还低。

气凝胶是一种内部有很多空隙的固态物质，里面充满了空气，把它拿在手上看上去就像凝固的烟，非常轻盈，这种材料看起来脆弱不堪，但其实非常的坚固牢靠，气凝胶可以承受超过自身重量1000倍的压力。

气凝胶具有纳米级的孔隙，这使得不管是冷空气还是热空气都很难穿透它们，是目前热导率最低的固体材料，因此气凝胶也被用作设备的隔热。

气凝胶的应用气凝胶被称为可以改变世界的十大型材料之一，而这种神奇的型材料之所以被认为可以改变世界的原因是，气凝胶就如同一种神奇的魔法材料，除了气凝胶本身具有的特殊性能外，当把它加入到其它金属，纺织等传统材料中时，传统材料就会被全面加强，从而成为各种高精尖科技的基础，让那些传统材料瞬间就变成可以改变行业的新材料。

神奇的隔热材料——气凝胶

神奇的隔热材料——气凝胶自1975年以来，美国已成功对火星表面执行了7次探测使命，即“海盗”一号与“海盗”二号火星探测器、火星探路者、火星漫游者、凤凰号着陆器和火星科学实验室。

从火星探路者到火星实验室，美国历经三代巡视器，分别为火星探路者“索杰纳”巡视器、“勇气”号与“机遇”号巡视器和“好奇”号巡视器。

可是，火星表面的温度比地球低得多，最低温度约为-123℃。

在这样的低温环境中，探测器如何解决保温问题呢？海盗号着陆器热控系统对舱内设备进行等温化集中热控，所有舱内设备安装在中心舱内的设备板上，采用玻璃纤维隔热层进行隔热，形成舱内设备与舱外环境间的热隔离。

“索杰纳”火星车的热控系统采用集中布置、统一热管理的设计。

所有舱内设备集中安装在电子暖箱（WEB）内，电子暖箱外部包覆纳米气凝胶和玻璃纤维板，实现电子暖箱与外界环境的热隔离。

火星漫游者也采用了如图所示的保温结构，在结构板上使用了气凝胶。

可是多层隔热组件只有在真空中才具备良好的隔热性能，火星表面800Pa左右的二氧化碳气体环境中，它的隔热效果就丧失了。

这就是火星车采用气凝胶隔热的原因。

那么，气凝胶有什么神奇之处呢？首先是隔热性能好。

用于绝热的聚四氟乙烯的导热系数为0.27W/mK，而纳米气凝胶的导热系数一般为0.02W/mK，仅为聚四氟乙烯的1/13。

这是因为在大气环境下小间隙滞止了CO2气体，让对流换热发展不起来，气凝胶的微观结构比较薄，传热路径长，降低了热传导能力。

因此气凝胶被称为神奇的隔热材料。

其次是重量轻。

铁的密度是7.8×103kg/m3，也就是说1立方米的铁，重量达到7.8吨；空气的密度是1.29kg/m3，也就是说1立方米的空气，重量为1.29公斤。

而气凝胶的密度是15kg/m3，大约是空气的12倍，气凝胶生产过程中凝胶中的液体被气体取代，形成非常多的空洞及结构胞元，因此具有极低的密度。

这也是气凝胶被称为冻烟雾或固体空气的原因。

北京市密云县新城子中学初中物理九年级全册第十六章《粒子和宇宙》测试卷(有答案解析)

一、选择题1．在我国“三星堆遗址”的出土文物中，发现了用极薄的金箔贴在精美的“金器”，黄金可以被做成极薄的金箔，主要是因为黄金的（）A．弹性好B．硬度大C．延展性好D．密度大2．下列实例与所利用的物质物理属性相符的是（）A．用塑料做炒锅的手柄是因为导热性好B．用泡沫做表演场景中倒塌的“墙壁”是因为弹性好C．用金刚石刻划玻璃是因为硬度大D．房屋的门窗用铝合金制成，是因为铝合金的导电性好3．1964年人类制成世界上第一盏用海浪发电的航标灯，如图所示是它的气室示意图．它是利用海浪上下起伏的力量将空气吸入气室，压缩后再推入工作室，然后推动涡轮机转动（带动发电机发电）。

下列说法正确的是（）A．当K1开启，K2开启时，空气的内能转化为涡轮机的机械能B．当K1关闭，K2开启时，海水的机械能转化为空气的内能C．当K1开启，K2关闭时，空气的内能转化为海水的机械能D．当K1开启，K2关闭时，空气的内能转化为涡轮机的机械能4．粤港澳大湾区的电力由大亚湾核电站提供，现关于核电站供电时的能量转换描述正确的是（）A．核能-化学能-机械能-电能B．核能-机械能-内能-电能C．核能-内能-机械能-电能D．核能-内能-电能-机械能5．如图所示是一款迷你暖手宝，它内置锂电池，利用USB接口充电，内部发热片发热。

下列说法正确的是（）A．暖手宝充电的过程，是电流做功的过程B．暖手宝发热的过程，是机械能转化成内能的过程C．用暖手宝取暖时，手因为含有的热量增加而感到暖和D ．无论暖手宝充电还是发热的过程，锂电池在电路中都是电源6．若42g 焦炭完全燃烧放出的热量被质量为4kg 、初温为20C ︒的水完全吸收，则水温可以升高到[()34.210/kg C J c =⨯⋅︒水，73.010J /kg q =⨯焦炭，此时外界为标准大气压]（）A ．70C ︒B ．95C ︒ C ．100C ︒D ．105C ︒ 7．关于能量的转化和守恒，下列说法正确的是A ．风力发电机发电时，将电能转化为机械能B ．电热水器给水加热时，效率可以达到100%C ．在酒精燃烧放热的过程中，内能转化为化学能D ．植物吸收太阳光进行光合作用，光能转化为化学能8．我国成功发射了“神十”载人飞船．下列说法正确的是A ．在“神十”随火箭升空的过程中，机械能转化为内能B ．火箭的发动机选用液态氢作燃料，主要是因为氢具有较大的比热容C ．穿越大气层时，“神十”和火箭克服摩擦，将机械能转化成内能D ．“神十”和火箭升空的过程中，机械能的总量不变9．下列家用电器中，正常工作时，电能主要转化为机械能的是（）A ．B ．C ．D ． 10．现代生活照明多采用低碳节能的 LED 灯，其核心元件的主要材料是A ．导体B ．纳米材料C ．超导体D ．半导体 11．关于“低能耗”“低排放”“低污染”的“低碳经济”模式的发展成为世界的主流，下列做法不符合“低碳生活”要求的是A ．若有可能，出行时尽量使用自行车B ．大力发展以煤为燃料的火力发电C ．大力开发利用太阳能和风能D ．节约用水、用电、用气12．如图所示，太阳能路灯的顶端是太阳能电池板，它白天向灯杆中的蓄电池充电，而夜晚则由蓄电池给路灯供电．下列关于太阳能路灯中能量转化的说法正确的是A ．白天阳光照射太阳能电池板时，太阳能转化为电能B ．白天阳光照射太阳能电池板时，太阳能转化为内能C ．白天太阳能电池板向蓄电池充电时，化学能转化为电能D ．夜晚蓄电池给路灯供电时，电能转化为化学能二、填空题13．给质量是500g的某金属块加热，当温度升高了80°C时，一共吸收了1.84×104J的热量，则该金属块的比热容是______；这个吸热过程属于能量的______（填“转移”或“转化”）过程。