比空氣還輕的材料氣凝膠，憑什麼可以為“祝融號”遮風擋雨？

凝膠是什麼做的

序言

咦，這是什麼？

好像凍住的煙！

這不是煙而是一種固體，確切地說是世界上最輕的固體-氣凝膠。

對了，咱們中國此次首輛火星車“祝融號”攜帶的黑科技裡面就有它。

這玩意很輕，但是隔熱效能很好。並且用在太陽能面板上，還可以讓火星車不容易粘灰。

那麼問題來了：

氣凝膠是什麼？

它到底厲害在哪裡？

它的製造難不難？

氣凝膠發明

說起氣凝膠的發明歷史，不得不說是一次偶然，確切的說是美國人基斯特勒在1931年受果凍的啟發而發明出來的。

果凍大家肯定都不會陌生，但是估計很少人會思考一個問題：哎，既然果凍的成分都是水，那麼它裡面的水怎麼不會流出來？

其實果凍是一種水凝膠，所謂凝膠就是指溶膠失去流動性後，變成的一種富含液體的半固態物質。

它的原理是這樣的：

果凍網格內的水分子是由表面張力拉住的，並且這種表面張力的大小，正好讓水既無法掙脫又可以晃動，這樣就會得到最終的成品果凍。

那如果把裡面的液體抽出來，然後換成氣體，會發生什麼呢？

美國人基斯特勒就按照這個思路，經過無數次實驗最終選擇矽膠作為實驗物件，利用超臨界乾燥法，去除了矽膠中的液體成分。

這個實驗的高明之處在於，他先用酒精去替換水，再把酒精在超臨界狀態下轉換成氣體，然後再緩慢把酒精氣體釋放掉。此時由於沒有液體引起的毛細管力作用，使得網格得以保持原來的結構。

從而成功地製成了世界上第一個真正意義上的氣凝膠-二氧化矽氣凝膠。

不得不說，這個方法確實巧妙！

中國氣凝膠發展

再來看看中國這邊的成就。

我國的氣凝膠研究起步較晚，但發展速度卻很快，並取得了一系列重要成果，有些甚至走在了世界的前列。

比如2013年由浙江大學科研人員利用碳奈米管和石墨烯，製備出了一種超輕氣凝膠，取名為“碳海綿”，是目前世界最輕的材料。

在真空中，1立方厘米的碳海綿只重0。16毫克。而相同體積普通空氣的重量是它的7倍左右，比同體積的氦氣還要輕。

除了輕，它的吸收能力也很強！

現有的吸油產品一般只能吸自身質量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。

同時“碳海綿”具備高彈性，被壓縮80%後仍可恢復原狀。

氣凝膠用處

那說了半天，氣凝膠到底有啥用呢？

小鯨先總結下，氣凝膠有三個優點：質量輕、隔熱強、承受力大。

首先它的密度約為玻璃的千分之一，說它是世界最輕的材料一點也不誇張。其次氣凝膠幾乎能阻止熱傳遞的所有途徑，從而達到其他材料無法比擬的絕熱效果，最後它可以承受相當於自身質量幾千倍的壓力。

可能你會說，這也沒啥啊，“立柱頂千斤”的道理我還是懂的！但是如果瞭解過氣凝膠的性質後，就會驚訝它的神奇！

正是由於氣凝膠有這麼多優點，所以被廣泛用於各行各業。

比如在航空航天和國防軍工領域，氣凝膠可以作為飛機機艙的隔熱層材料，也可作為核潛艇、蒸汽動力導彈驅逐艦的核反應堆，以及複雜的高溫蒸汽鍋爐系統的高效隔熱材料。

此次中國的“天問一號”火星探測器和“祝融號”火星車，採用的是中國航天科工三院306所研發的氣凝膠材料，而且用到了兩種不同的材料，就是為了對抗火星“冰火兩重天”的溫度考驗。

比如耐高溫奈米氣凝膠隔熱元件用於，阻隔著陸發動機產生的高達1200℃的高溫熱流，保護著陸平臺的正常功能。

而耐低溫奈米氣凝膠元件則用於“祝融號”火星車的表面，這樣能夠確保火星車在-130℃的環境正常工作。

同時“祝融號”還採用了鋁蜂窩夾層、鋁基碳化矽、複合纖維等多種新材料，它們能提升火星車的高耐磨性和穩定性。

並且它的基礎零部件都實現了國產化，元器件國產化率也超過90%。

感悟

最後小鯨想說：

咱們的“祝融號”火星車，雖然比不上美國毅力號那麼龐大的身軀。但是麻雀雖小，五臟俱全，該有的咱們也都有。

比如它可以依靠張開的太陽能板供應電力，也搭載一個可以伸高的天線，天線上裝設有照相機，可以用來協助導航。

同時本身也裝設五個儀器，用來探測地質土壤，也會偵測火星表面下有沒有冰塊或水。

最最最重要的是，它使用了氣凝膠這種保溫材料，給自己穿上了暖暖的衣服。

所以在這一系列的黑科技的加持下，小鯨相信它足以應對險惡的火星環境，而我們對火星探索的構想也必將加速成為現實。