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历数气凝胶的15项吉尼斯世界纪录

气凝胶最早由美国科学工编辑Kistler在1931年因与其友打赌制得。出现在这个世界上70多年后,由于具有多方面优异性能,气凝胶已荣膺15项吉尼斯世界纪录。

1、最低的导热系数

气凝胶的纳米级微孔洞抑制了气体分子对热传导的贡献,导热系数可低于0.016W/(m•K)。通过掺杂的手段,还可进一步降低硅气凝胶的辐射热传导,常温常压下掺碳气凝胶的热导率可低达0.013W/(m•K),是目前导热系数最低的固态材料。

2、最低密度

气凝胶很早就作为最轻的固体材料入选吉尼斯世界纪录。近年来,这一纪录还在被不断刷新。2015年,东华大学俞建勇院士、丁彬教授带领的纳米纤维研究团队,利用普通纤维膜材料开发出了一种超轻、超弹的纤维气凝胶,经中国计量认证结果显示,这种纤维气凝胶的固态材料密度仅为0.12毫克/立方厘米,大约为空气密度的1/10。

3、最宽的密度范围

因为组织成分不同、制作工艺差异,气凝胶的密度变化范围非常之广——其体密度在0.0012-0.500g/m3范围内可调。这就赋予了气凝胶材料更为广阔的应用空间。

4、最宽的压缩模量

气凝胶的压缩模量可在6个数量级的范围内变化。如此宽阔的压缩模量变化范围,决定了气凝胶材料的密度可调节性,从而可实现不同密度要求的功能应用。

5、最小的孔径

气凝胶的孔径一般集中在50nm左右,最小的孔径甚至可小于1nm。纤细的纳米级结构,使气凝胶材料的热导率极低,并具有极大的比表面积。

 

6、最高的孔洞率

气凝胶的孔洞率可高达99.9%,表面的无数小孔使其成为了在水中吸附污染物的理想材料。而且,由于具有特别大的比表而积。气凝胶在作为新型催化剂或催化剂的载体方面,亦有着广阔的应用前景。

 

7、最低的声传播速度

气凝胶声阻抗可变范围较大(103-107kg/m2•s),是一种较理想的超探测器的声阻耦合材料,如常用声阻匝Zp=1.5×107 kg/m2•s的压电陶瓷作为超声波的发生器和探测器,而空气的声阻只有400kg/m2•s。

8、最高的声阻抗

气凝胶的声阻抗高达106kg/m2•s,气凝胶的纵向声传播速率极低,而声阻随密度变化范围大,因此,它是一种理想的声阻抗耦合材料。

9、最低的介电常数

气凝胶材料的介电常数小于1.003,是一种良好的介电材料,可以降低集成电路的漏电电流,降低导线之间的电容效应,降低集成电路发热等。

10、最低的折射率

因为气凝胶内空气的占比率极高,所以其具有极低的折射率——可达到1.007,非常接近空气的折射率(1.0)。这项特性已被科学家应用在光学材料上。

11、最宽的折射率范围

气凝胶的透光性非常好,通过调控气凝胶密度,折射率可在1.007-1.24之间连续调节,可用来制作探测器。而且,用气凝胶制备的探测器,结构简单,造价较低。

12、最低的损耗角正切

气凝胶具有极低的损耗角正切,其损耗角正切值小于10-4,因此其透波性非常好,是一种良好的透波材料。

 

13、最低的杨氏模量

气凝胶的杨氏模量小于106N/m2,比相应非孔性玻璃态材料低4个数量级。

14、第一次实现从彗星采集样品

人类第一次从彗星收集到样本,就是使用了“气凝胶手套”。这份珍贵的材料于2006年1月15日返回地球,该样品来自2号彗星,目前,科学家们正在分析、了解这一原始冰体的化学组成。

15、最不密集的3D打印结构

三名来自不同大学的材料工程师开发的3D打印石墨烯气凝胶,已被吉尼斯世界纪录评为“最不密集的3D打印结构”,它将出现在吉尼斯世界纪录2018年版本中。 


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