《迷人的材料》精读17

№16 不可思议的发泡材料

（一）气凝胶

作者曾经在美国政府的核武实验室工作，对气凝胶曾有过惊鸿一瞥，然而他当时并不知道这是什么。直到他在电视新闻中看到美国航天局的宇宙飞船在太空中用气凝胶采集星尘，才开始了解气凝胶的历史。

气凝胶是由美国人契史特勒（Samuel Kistler）于20世纪30年代发明的。他发明气凝胶竟是出于对果冻的思考！果冻既不是液体，也不是固体，他由此猜测果冻是困在固体里的液体，这种固体是细到看不见的网格，网格内的水分由于水分子的张力而无法挣脱，但又能够晃动，因此果冻才会柔软而有弹性。

当然，契史特勒的兴趣远不止在果冻的口感，他从果冻出发进一步思考：如果把液体移走了，固体网格能否独立存在？

他认为一切胶体内部的固体和液体相互独立存在，但目前没人能够将二者分离。而他找到了一种聪明的办法，简单来讲就是用气体去替换胶体内的液体，用气压去支撑柱固体结构，使之不会崩塌。接着再让气体散逸，留下完整的固体结构，借此契史特勒证实了他的假说。

他进一步想，如果人为地用更加坚固的物质去替换这种固体网状结构，就能使之更加坚固。于是他用二氧化硅（玻璃的主要成分）做出了世界上最轻的固体：二氧化硅气凝胶。

《迷人的材料》精读17

二氧化硅气凝胶非常特别：放在暗色环境中会呈蓝色，放在浅色环境前会近乎透明。它密度极低，属于固体却与众不同。它内部孔洞极多，99.8%都是空气，几乎没有重量。

而既然它的成分和玻璃一样，为什么它不像玻璃一样透明呢？

首先，我们都已经学过“散射”这个概念，即光线通过不均匀的分子而偏离了方向传播。而所谓的“瑞利散射”定律，是指短波长的光的散射程度比长波长的光强。天空之所以呈现蓝色，就是因为蓝光的波长比较短。但一般来说，瑞利散射需要大量的介质才能体现效果，例如整个大气层。而气凝胶由于内部具有数以百亿计的微小表面，使得这一小小的固体能产生大量的散射，因此它才会呈蓝色，产生了蓝天一样的效果。

（二）太空漫游

气凝胶还有隔热性质，是世界上最好的绝热体。但因为造价昂贵，难以具有商业用途。既能隔热，又极度轻盈，又非常昂贵，气凝胶简直是为不差钱的航天事业而生的。1997年，气凝胶首次使用在火星探路者号上，从此成为宇宙飞船的标配。

气凝胶在太空事业上还有另一项用途——采集太空尘。我们知道，太空物质进入大气层会高温燃烧形成流星，使我们难以见到物质原貌。若在外太空，则由于移动它们过于迅速，根本难以采集。就好像如果你用肉身抵挡子弹，则必定受伤；若穿了防弹衣则子弹必定会被破坏变形，总之不是鱼死就是网破。

于是气凝胶登场了。气凝胶每立方厘米内有数十亿个泡泡，每一个泡泡遭到太空粒子撞击时都能吸收一点点能量，所以能够完好地接住太空尘。

（第五章第六节省略，其讲述一艘飞船的飞行经历，与本书的主体内容关系不大，有兴趣的读者可阅读原书。）

思考与讨论：

今天我们看了三种完全不同的材料，你对哪一种最感兴趣呢？试着和朋友们重新介绍一下这些材料吧，或者上网查找资料，看下它们现在是不是又有了更惊人的进步呢？