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世上最轻、密度最小的固体 光照下近透明

来源:未知 阅读: 2019-06-06 23:16 我要评论

老牌YouTube科学教育频道「Veritasium」日前发布影片,介绍发明于1931年,目前是世上最轻、密度最小的固体「气凝胶」(Aerogel),讲解气凝胶发明原因、制作过程、隔热性实验与当前的用途,在YouTube已达1千万次观看。
 
片中Veritasium创办人穆勒(Derek Muller)拿着的气凝胶质量仅1.22公克,在光照下接近透明,只比等量空气的质量要重上几倍。这块气凝胶有99.8%是空气,有些太轻的气凝胶一抽掉空气,密度甚至会变得比空气还要低。
 
气凝胶的特性就是隔热性绝佳,为此穆勒特别前往美国麻州波士顿的气凝胶技术公司(Aerogel Technologies)进行验证,将巧克力兔子分别放到玻璃培养皿与气凝胶垫子上,接着用本生灯(Bunsen burner)进行高温加热。
 
实验显示,加热才1分多钟,玻璃培养皿上的巧克力兔子就开始融化、冒出白烟,逐渐从底端开始变成液态,加热近1分50秒时,玻璃培养皿甚至因高热而裂开。巧克力兔子随即向侧边倒下,露出差不多已经变成中空的底部。
 
接着换气凝胶垫子登场,加热近3分钟的巧克力兔子仍没有溶化迹象,热像仪则可见到巧克力兔子周围开始变热,但紧贴气凝胶垫子的底部没有变化。直到4分钟出头,巧克力兔子才开始变软,穆勒大胆用手指碰触气凝胶垫子,感觉也只是变暖。直到接近6分整时,巧克力兔子才因重心不稳摔下气凝胶垫子。
 
根据克努曾效应(Knudsen effect),在奈米级多孔材料中,热很难在气凝胶下的空气分子快速移动,也就不容易扩散穿越,将热传导到顶部,这让气凝胶成为优质的隔热体,不因为成分为九成九的空气,就代表热学性质相同,反而比空气有更好的隔热性。
 
美国联邦航太总署(NASA)将气凝胶隔热体用在多辆火星漫游车上,避免电子元件在火星地表的夜晚变冷。同时, 气凝胶也因低密度等特性,被用于捕捉彗星尘。目前科学家则致力于降低气凝胶的成本,同时改善缺陷。


 
老牌YouTube科学教育频道「Veritasium」日前发布影像,介绍世上最轻与密度最小的固体「气凝胶」。气凝胶是优质的隔热体,被用于多辆火星漫游车与捕捉彗星尘上。画面翻摄:YouTube/Veritasium

 

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