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標題: 中國浙江大學制造出世界最輕材料 [打印本頁]

作者: 老鷹 時間: 2013-3-21 21:13
標題: 中國浙江大學制造出世界最輕材料
3月19日,，實驗室的一位研究人員利用玻璃棒摩擦靜電吸附起一塊“全碳氣凝膠”的固態(tài)材料,。新華社記者鞠煥宗攝。
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約8立方厘米的“碳海綿”立在桃花花蕊上,。

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浙江大學高分子系高超教授的課題組制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(tài)材料密度為每立方厘米0.16毫克，僅是空氣密度的1/6【騰訊科學注：如根據(jù)空氣在一個標準大氣壓,、25℃室溫條件下密度是每立方厘米1.18毫克計算,，這里應該為空氣密度的1/7較合適；如根據(jù)空氣在0℃條件下密度是每立方厘米1.29毫克計算,，這里應該為空氣密度的1/8較合適】,。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,。

據(jù)介紹,，氣凝膠是入選吉尼斯世界紀錄的最輕的一類物質(zhì)，因其內(nèi)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硅制得了最早的氣凝膠,，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制備了一種鎳構(gòu)成的氣凝膠，密度為0.9毫克/立方厘米，創(chuàng)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：能不能制備出一種材料,，挑戰(zhàn)這個極限,？

我國的石墨儲備非常豐富，占全世界的2/3,�,？茖W家一直在探索石墨高效利用的方法�,！鞍咽兂墒ㄒ环N由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)）,，其價值可以上升數(shù)千倍�,！备叱恼n題組經(jīng)過五六年的探索,，制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沖擊這一紀錄,。

制作簡便

形狀、尺寸可任意調(diào)節(jié),，大規(guī)模制造成可能
在實驗室,，記者看到了一個個大小不等的“碳海綿”：它們大的如網(wǎng)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(shù)個孔隙。

“就像體育場館等大型空間結(jié)構(gòu),，用鋼筋做支架,，用高強度的薄膜等做墻壁，材料整體既輕且強,�,！闭n題組博士生孫海燕說，“在這里,，碳納米管就是支架,，石墨烯就是墻壁�,！�

在已報道的成果中,，高超課題組制備的“碳海綿”仍是最輕紀錄保持者——可達到0.16毫克/立方厘米，低于氦氣的密度,。相關(guān)論文2月18日在線發(fā)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’并不是它最大的新意所在”,。高超解釋：它的價值在于其簡便的制備方法,，以及材料所展現(xiàn)出來的優(yōu)越性能。

科學家介紹說,，氣凝膠的基本制備原理是除去凝膠中的溶劑,，讓其保留完整的骨架。在以往制備氣凝膠的案例中,，科學家主要采用溶膠—凝膠法和模板導向法,。前者可以批量合成，但是可控性差,；后者能產(chǎn)生有序的結(jié)構(gòu),，但依賴于模板的精細結(jié)構(gòu)和尺寸，難以大量制備,。高超課題組另辟蹊徑,，探索出無模板冷凍干燥法：將溶解了石墨烯和碳納米管的水溶液在低溫下凍干，便獲得了“碳海綿”,，并且可以任意調(diào)節(jié)形狀,，令生產(chǎn)過程更加便捷，也使這種超輕材料的大規(guī)模制造和應用成為可能,。
“不需要模板,，只與容器有關(guān)。容器多大,，就可以制備多大,，可以做到上千立方厘米，甚至更大,�,！备叱f。

性能優(yōu)越
高彈性,、強吸附,，應用前景廣闊
《自然》雜志點評的標題是：《固體碳：彈性而輕盈》，認為這一新生事物的性能令人驚喜,。
據(jù)介紹,，“碳海綿”具備高彈性，被壓縮80%后仍可恢復原狀,。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�,，F(xiàn)有的吸油產(chǎn)品一般只能吸自身質(zhì)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,�,！按笪竿酢背杂袡C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?nèi)鲈诤Ｃ嫔�,，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�,！笨蒲腥藛T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,�,？蒲腥藛T說，“碳海綿”還可能成為理想的相變儲能保溫材料,、催化載體,、吸音材料以及高效復合材料。不過,，這一新生材料就如呱呱墜地的嬰兒,，科學家還很難準確預計其應用領(lǐng)域與前景，還得依靠社會以及產(chǎn)業(yè)界的想象力,，讓這個新材料走出實驗室,，實現(xiàn)應用價值。

作者: LIAOYAO 時間: 2013-3-21 21:24
“全碳氣凝膠”的固態(tài)材料密度為每立方厘米0.16毫克,，僅是空氣密度的1/6~1/8（溫度不同的差異）低于氦氣的密度,。

那么是否可以直接漂飛？而不是“立在桃花花蕊上” {:soso_e132:}

作者: 未來第一站 時間: 2013-3-21 21:30
老大撞貼了給我的刪了吧

作者: 第15軍軍長 時間: 2013-3-21 21:43
我剛剛從騰訊的彈窗里看到,。它立在花蕾上怎么沒漂起來,。是不是因為靜電力什么的大于浮力。
額,，我想應該是這樣的,。這個材料是有很多孔隙的，每立方厘米重0.16mg,，但是,，浮力等于物體排開空氣的質(zhì)量，該材料排開空氣的質(zhì)量小于0.19,，所以,，不會上浮,。

作者: 孤若流星 時間: 2013-3-21 21:45
給力

作者: 楓風coco 時間: 2013-3-21 22:42

LIAOYAO 發(fā)表于 2013-3-21 21:24 / ^9 ^+ L/ }2 P# E* Q3 R1 k! Y! C
“全碳氣凝膠”的固態(tài)材料密度為每立方厘米0.16毫克，僅是空氣密度的1/6~1/8（溫度不同的差異）低于氦氣的密 ...

這個每立方厘米可以理解為它的表體積,，就是你用六根一米的棍子搭出一個立方體,，我們可以說它的體積是一立方米，棍子的總重量除以這個體積,，就是這里所說的密度，完全可能比氦氣輕,，可是它在空氣中卻不會飄起來,，就是這個道理。

作者: 第15軍軍長 時間: 2013-3-21 23:05
剛剛我在想,，如果往氣凝膠里填充碳,，讓它的密度變大，那么,，它的浮力和質(zhì)量都將變大,，那么是否在填充到某個程度時，它就會浮起來,。推了半天,，突然想到，一個關(guān)鍵點,。我們被密度給迷惑了,。雖然他密度比空氣小，但是,，這里的體積是不一樣的,，這里計算密度連空氣的體積都算入了，所以密度很小,。但浮力是物體排開空氣的質(zhì)量,。所以，如果算浮力,，實質(zhì)就和你拿個碳放空氣中一樣,，所以只要碳納米管的密度大于空氣，他就不可能浮起來,。因此,，如果想讓他像氣球一樣浮起來是不可能的，但是,，如果強度足夠,，就可以像鋁合金、碳纖維一樣用,，減輕產(chǎn)品的質(zhì)量,。因此,，我前面的猜測就是個肯定的答案了。
所以,，問題關(guān)鍵在密度上,，我們被迷惑了。

作者: kenily 時間: 2013-3-22 10:33
認真看：“氣凝膠”是半固體狀態(tài)的凝膠經(jīng)干燥,、去除溶劑后的產(chǎn)物,，外表呈固體狀，內(nèi)部含有眾多孔隙,，充斥著空氣,，因而密度極小�,！�

他的密度不是計算一塊毫無縫隙的固體材料塊的密度,，而是充滿空氣的一個海綿體的密度，密度計算是質(zhì)量/體積,。這里的質(zhì)量沒算空氣,，體積卻是充斥過空氣的體積

作者: kenily 時間: 2013-3-22 10:34
本帖最后由 kenily 于 2013-3-22 10:37 編輯

LIAOYAO 發(fā)表于 2013-3-21 21:24 ) N2 |) w9 q. ]
“全碳氣凝膠”的固態(tài)材料密度為每立方厘米0.16毫克，僅是空氣密度的1/6~1/8（溫度不同的差異）低于氦氣的密 ...

繼續(xù)解釋下：很簡單的問題,，他說的密度是表觀密度而不是實際密度,，即重量除以材料占有的體積，而不是實際的體積,。

舉簡單例子,，中空的鋼鐵——》輪船可以附在水面上，是因為他的表觀密度：重量除以鋼鐵占有的體積,，小于水,。但是鋼鐵自身的實際密度遠遠大于水。

這里的材料,，他同樣也是中空,，所以這個表觀密度小于空氣是沒問題的。為什么他沒有浮在空中,，是因為他的中空的空隙里都是空氣,，沒有被抽成真空。

這就跟輪船里灌滿了水必然會沉下去一樣,。

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PS:這個材料沒什么新意,，納米碳材料界shi gaoquan，qu liangti 之前就做過類似的工作,，這種工作他們都不稀罕做了,。
其次，Advanced material (AM)這個wiley雜志影響因子13左右,，非常高,，但是有個問題,，大部分是華人發(fā)表華人引用，不是我崇洋媚外,，ACS同影響因子雜志上文章質(zhì)量完爆AM,，（不過我要是發(fā)表一篇AM我得樂得升天）。
這個東西就是費錢,，科研人員應該都知道碳納米管和石墨烯有多貴,，一克幾千，如果用hummers法自己做的氧化石墨烯水熱成水凝膠再凍干成氣凝膠,，是相當費時費力的辦法,。之前還有一個課題組做了一個石墨烯的纖維（繩子）？同樣的道理,，性能確實很好，就是不實用,。
美國一個組發(fā)表的一篇science,，用石墨烯做成膜，在電腦光驅(qū)里掃描幾圈就成了充放電效率非常高的電容器,，cui yi 用鉛筆涂在紙上做了一個性能優(yōu)良的超級電容器,，都是省力且富有想象力的工作。

話說回來,，浙大這個組真是有錢,，工作也做的確實漂亮。

作者: xingshi333 時間: 2013-3-22 12:47
給力

作者: 伯爵的等待 時間: 2013-3-22 12:55
一幫高人,，解決了密度的問題

作者: 院長要淡定 時間: 2013-3-22 13:02

kenily 發(fā)表于 2013-3-22 10:34 6 R' S: j& g* O
繼續(xù)解釋下：很簡單的問題,，他說的密度是表觀密度而不是實際密度，即重量除以材料占有的體積,，而不是實際 ...

{:soso_e179:}

作者: pengzhiping 時間: 2013-3-22 13:37
再接再厲振興國家科技,！給哪些研究的一線員工，大家致敬,！

作者: universal 時間: 2013-3-22 16:50

第15軍軍長發(fā)表于 2013-3-21 23:05
. Q2 ^$ m4 [# P+ _剛剛我在想,，如果往氣凝膠里填充碳，讓它的密度變大,，那么,，它的浮力和質(zhì)量都將變大，那么是否在填充到某個 ...

標題混淆概念賺眼球,，我們不可被迷惑啊

作者: 機械yj 時間: 2013-3-22 18:38
浙大啊~~~

作者: 原諒我今天 時間: 2013-3-22 19:15

kenily 發(fā)表于 2013-3-22 10:34
" c, X# G; f, |+ V- r繼續(xù)解釋下：很簡單的問題,，他說的密度是表觀密度而不是實際密度，即重量除以材料占有的體積,，而不是實際 ...

老兄很專業(yè),，搞材料的吧,？

作者: 刺客之吻 時間: 2013-3-22 20:30
給力

作者: jz6113 時間: 2013-3-23 21:56
不是吧?

作者: leonerd_li 時間: 2013-3-23 22:04
只能說這種新材料在目前情況下沒什么太大作用，等未來其他應用科學的發(fā)展吧,！

作者: yexb890717 時間: 2013-3-24 15:06
這種材料,，良好

作者: Opposite 時間: 2013-3-24 21:11
這。,。,。

作者: hbb925888 時間: 2013-3-25 11:04
新人路過，學習中

作者: shikeye 時間: 2013-3-25 13:06
給力

作者: zhi05 時間: 2013-3-25 16:53
{:soso_e182:}給力

作者: lxb1212 時間: 2013-3-25 20:25
量產(chǎn)和應用,，兩大問題需要解決,。。,。

作者: toback 時間: 2013-3-26 09:47
現(xiàn)在果然還是材料為王啊

作者: 韓健3927 時間: 2013-3-29 01:15
還是搞不懂這個密度到底是什么,？純碳的密度還是碳加空氣后的平均密度？

作者: 卡塔-遠 時間: 2013-3-29 13:00
一點小成就就寫出這么一篇浮華的文章,，樓主好文采

作者: wuliangkui2000 時間: 2013-4-9 10:55
祝賀,！

作者: dxjngs 時間: 2014-5-15 14:20
給力。

作者: 羊角山 時間: 2014-5-31 16:54
我表示不同意,，科研機構(gòu)的密度測試就如此簡單,、草率。
“因其內(nèi)部有很多孔隙,，充斥著空氣,，故而得名”，“孔隙”里是否全充斥“空氣”還不一定,。

作者: 夢想蟲洞 時間: 2014-7-13 11:44
嗯,，好東西

作者: 打醬油14 時間: 2014-7-17 23:07
牛逼哄哄

作者: lantianbihb 時間: 2014-8-26 23:09
學習了

作者: 機小妖 時間: 2014-9-16 09:57

韓健3927 發(fā)表于 2013-3-29 01:15 6 f' n4 v0 D+ l8 O5 g' ?% i6 I
還是搞不懂這個密度到底是什么？純碳的密度還是碳加空氣后的平均密度 ,？

這里的密度應該是整個材料的真空重量除以材料的框架體積

作者: andyany 時間: 2014-9-16 14:13
垃圾編輯,。

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