二十大未來最有潛力的新材料

現(xiàn)在是1頁\一共有47頁\編輯于星期三1.石墨烯突破性：非同尋常的導(dǎo)電性能、極低的電阻率和極快的電子遷移的速度、超出鋼鐵數(shù)十倍的強(qiáng)度和極好的透光性。它是已知材料中最薄的一種，質(zhì)料非常牢固堅(jiān)硬，在室溫狀況，傳遞電子的速度比已知導(dǎo)體都快。由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個(gè)碳原子厚度的二維材料現(xiàn)在是2頁\一共有47頁\編輯于星期三現(xiàn)在是3頁\一共有47頁\編輯于星期三本質(zhì)上，石墨烯是分離出來的單原子層平面石墨現(xiàn)在是4頁\一共有47頁\編輯于星期三一塊石墨,一個(gè)石墨烯晶體管和一個(gè)膠帶。石墨片放置在塑料膠帶中，折疊膠帶粘住石墨薄片的兩側(cè)，撕開膠帶，薄片也隨之一分為二。不斷重復(fù)這一過程，就可以得到越來越薄的石墨薄片，而其中部分樣品僅由一層碳原子構(gòu)成——他們制得了石墨烯?，F(xiàn)在是5頁\一共有47頁\編輯于星期三現(xiàn)在是6頁\一共有47頁\編輯于星期三所有其他維度的石墨材料的基本構(gòu)建模塊現(xiàn)在是7頁\一共有47頁\編輯于星期三石墨石墨烯碳納米管巴基球（富勒烯）現(xiàn)在是8頁\一共有47頁\編輯于星期三石墨烯的結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定。石墨烯內(nèi)部的碳原子之間的連接很柔韌，當(dāng)施加外力于石墨烯時(shí)，碳原子面會彎曲變形，使得碳原子不必重新排列來適應(yīng)外力，從而保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。這種穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)使石墨烯具有優(yōu)秀的導(dǎo)熱性。另外，石墨烯中的電子在軌道中移動時(shí)，不會因晶格缺陷或引入外來原子而發(fā)生散射。由于原子間作用力十分強(qiáng)，在常溫下，即使周圍碳原子發(fā)生擠撞，石墨烯內(nèi)部電子受到的干擾也非常小?，F(xiàn)在是9頁\一共有47頁\編輯于星期三在石墨烯中，電子能夠極為高效地遷移，而傳統(tǒng)的半導(dǎo)體和導(dǎo)體，例如硅和銅遠(yuǎn)沒有石墨烯表現(xiàn)得好。由于電子和原子的碰撞，傳統(tǒng)的半導(dǎo)體和導(dǎo)體用熱的形式釋放了一些能量，2013年一般的電腦芯片以這種方式浪費(fèi)了72%-81%的電能，石墨烯則不同，它的電子能量不會被損耗，這使它具有了非比尋常的優(yōu)良特性?，F(xiàn)在是10頁\一共有47頁\編輯于星期三可用來發(fā)展更薄、導(dǎo)電速度更快的新一代電子元件或晶體管。由于石墨烯實(shí)質(zhì)上是一種透明、良好的導(dǎo)體，也適合用來制造透明觸控屏幕、光板、甚至是太陽能電池?，F(xiàn)在是11頁\一共有47頁\編輯于星期三數(shù)小時(shí)美國俄亥俄州的Nanotek儀器公司

不到一分鐘電池產(chǎn)業(yè)的變革促使新能源汽車產(chǎn)業(yè)的革新外形小巧，而且充電速度為普通電池的1000倍，可以在數(shù)秒內(nèi)為手機(jī)甚至汽車充電，同時(shí)可用于制造體積較小的器件。美國加州大學(xué)洛杉磯分校微型超級電容器潛在用途——保護(hù)涂層，透明可彎折電子元件，超大容量電容器，等等現(xiàn)在是12頁\一共有47頁\編輯于星期三素來有“黑金子”之稱的石墨烯之前在中國市場上的價(jià)格近十倍于黃金，超過2000元/克，目前最低降到3元/克?，F(xiàn)在是13頁\一共有47頁\編輯于星期三2、氣凝膠突破性：高孔隙率、低密度質(zhì)輕、低熱導(dǎo)率，隔熱保溫特性優(yōu)異。氣凝膠（干凝膠）：當(dāng)凝膠脫去大部分溶劑，使凝膠中液體含量比固體含量少得多，或凝膠的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中充滿的介質(zhì)是氣體，外表呈固體狀。氣凝膠也具凝膠的性質(zhì)，即具膨脹作用、觸變作用、離漿作用。現(xiàn)在是14頁\一共有47頁\編輯于星期三性質(zhì)此物質(zhì)極輕。其密度大約為3mg/cm3僅僅為空氣的三倍重。盡管氣凝膠里有個(gè)膠字，但它其實(shí)是堅(jiān)硬而干燥的物質(zhì)，就其物理性質(zhì)與膠體一點(diǎn)也不類似。被稱為膠是由于它的制造過程提取于凝膠。提起指尖輕輕在凝膠表面按壓一下并不會留下痕跡；如果以加重的力道按壓會造成永久的凹陷；而加上足夠的力量會讓它如玻璃般破碎散落成塊。這個(gè)便是我們所知道的易脆性。雖然它具有破碎的傾向，但是以結(jié)構(gòu)來說它仍是非常堅(jiān)固的。它優(yōu)秀的負(fù)載能力是源于其分子的組成：大約尺寸為2到5奈米的球形聚合粒子互相結(jié)合成一個(gè)個(gè)小單元，進(jìn)而組合成樹突狀的微觀立體結(jié)構(gòu)。這些小單元會形成碎形鏈狀的三維結(jié)構(gòu)，其間充塞著大量的孔洞，每個(gè)孔洞尺寸不大于100奈米。而這些孔洞的聚集密度以及個(gè)別的平均大小能夠經(jīng)由制造過程加以控制。氣凝膠是優(yōu)良的熱絕緣體，一寸厚的氣凝膠相當(dāng)于20至30塊普通玻璃的隔熱功能。[來源請求]氣凝膠幾乎能阻絕由三種傳熱方式（熱傳導(dǎo)、熱對流、熱輻射）帶來的熱量轉(zhuǎn)移。凝膠中空氣的成分比例至少占99.8%以上，而空氣為熱的不良導(dǎo)體，故它們是好的熱傳導(dǎo)隔絕材料(不過金屬凝膠在作為絕緣體的用途時(shí)就不是那么有效)。例如硅凝膠，由于硅也為熱的不良導(dǎo)體，其隔絕性能又更加良好了。就熱對流的方式而言，因?yàn)榭諝鉄o法跨越凝膠表面行對流作用，他們也是好的熱對流隔絕材料。碳凝膠是好的熱輻射隔絕材料，因?yàn)樘荚卦跇?biāo)準(zhǔn)溫度下能夠吸收熱量轉(zhuǎn)移時(shí)散發(fā)的紅外線輻射。亦即，現(xiàn)今性質(zhì)最好的氣凝膠是摻入部分碳元素的硅凝膠。因?yàn)槲鼭竦淖匀恍再|(zhì)，凝膠摸起來干干的，并表現(xiàn)出強(qiáng)大的吸水能力。為此長時(shí)間拿著凝膠的人要穿著手套，以預(yù)防皮膚表面出現(xiàn)干燥脆化的現(xiàn)象。因?yàn)槿鹄⑸涞挠绊?，凝膠里的微小樹突結(jié)構(gòu)會過濾可見光光譜中波長較短小的部份。而這就產(chǎn)生了它輕柔的顏色：在較暗的環(huán)境散發(fā)柔柔的藍(lán)光，在明亮的環(huán)境散發(fā)微微的黃光。氣凝膠本身的性質(zhì)是具親水性的，但是藉由化學(xué)制程可將它改變?yōu)榫呤杷?。凝膠在逐漸吸收水氣的過程中會經(jīng)歷分子結(jié)構(gòu)的變動，如同尺寸縮水，甚至完全被毀壞。藉由改變凝膠對于水氣的接受度才能改善毀壞的現(xiàn)象。即使有裂縫穿過膠體表面，那些內(nèi)部被化學(xué)制程強(qiáng)化過的樣品對水氣的抵抗作用也會好過于那些只僅僅強(qiáng)化分子表層的樣品。而疏水性制程能促進(jìn)膠體加工過程的便利性，因?yàn)檫@樣就便于使用水刀切割了。現(xiàn)在是15頁\一共有47頁\編輯于星期三任何物質(zhì)的gel只要可以經(jīng)干燥后除去內(nèi)部溶劑后，又可基本保持其形狀不變，且產(chǎn)物高孔隙率、低密度，則皆可以稱之為氣凝膠。約8立方厘米的“碳海綿”約8立方厘米的“碳海綿”約8立方厘米的“碳海綿”現(xiàn)在是16頁\一共有47頁\編輯于星期三現(xiàn)在是17頁\一共有47頁\編輯于星期三現(xiàn)在是18頁\一共有47頁\編輯于星期三一塊重2.5公斤的磚頭由一塊重2克的氣凝膠支撐著現(xiàn)在是19頁\一共有47頁\編輯于星期三因?yàn)槊芏葮O低，目前最輕的硅氣凝膠僅有0.16毫克每立方厘米，比空氣密度略低，所以也被叫做“凍結(jié)的煙”或“藍(lán)煙”。由于里面的顆粒非常?。{米量級），所以可見光經(jīng)過它時(shí)散射較?。ㄈ鹄⑸洌?，就像陽光經(jīng)過空氣一樣。因此，它也和天空一樣看著發(fā)藍(lán)（如果里面沒有摻雜其它東西），如果對著光看有點(diǎn)發(fā)紅。（天空是藍(lán)色的，而傍晚的天空是紅色的）。由于氣凝膠中一般80%以上是空氣，所以有非常好的隔熱效果，一寸厚的氣凝膠相當(dāng)20至30塊普通玻璃的隔熱功能。即使把氣凝膠放在玫瑰與火焰之間，玫瑰也會絲毫無損。氣凝膠在航天探測上也有多種用途，在俄羅斯“和平”號空間站和美國“火星探路者”的探測器上都有用到這種材料。氣凝膠也在粒子物理實(shí)驗(yàn)中，使用來作為切連科夫效應(yīng)的探測器。位在高能加速器研究機(jī)構(gòu)B介子工廠的Belle實(shí)驗(yàn)探測器中一個(gè)稱為氣凝膠切連科夫計(jì)數(shù)器(AerogelCherenkovCounter,ACC)的粒子鑒別器，就是一個(gè)最新的應(yīng)用實(shí)例。這個(gè)探測器利用的氣凝膠的介于液體與氣體之低折射系數(shù)特性，還有其高透光度與固態(tài)的性質(zhì)，優(yōu)于傳統(tǒng)使用低溫液體或是高壓空氣的作法。同時(shí)，其輕量的性質(zhì)也是優(yōu)點(diǎn)之一。現(xiàn)在是20頁\一共有47頁\編輯于星期三特性氣凝膠，作為世界最輕的固體，已入選吉尼斯世界紀(jì)錄。這種新材料密度僅為3.55千克每立方米，僅為空氣密度的2.75倍；干燥的松木密度（500千克每立方米）是它的140倍。這種物質(zhì)看上去像凝固的煙，但它的成分與玻璃相似。由于它的密度極小，用于航空航天方面非常合適。美宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，該實(shí)驗(yàn)室瓊斯博士研制出的新型氣凝膠，主要由純二氧化硅等組成。在制作過程中，液態(tài)硅化合物首先與能快速蒸發(fā)的液體溶劑混合，形成凝膠，然后將凝膠放在一種類似加壓蒸煮器的儀器中干燥，并經(jīng)過加熱和降壓，形成多孔海綿狀結(jié)構(gòu)。瓊斯博士最終獲得的氣凝膠中空氣比例占到了99.8%。氣凝膠因其半透明的色彩和超輕重量，有時(shí)也被稱為“固態(tài)煙”或“凍住的煙”。這種新材料看似脆弱不堪，其實(shí)非常堅(jiān)固耐用，最高能承受1400攝氏度的高溫。氣凝膠的這些特性在航天探測上有多種用途。俄羅斯“和平”號空間站和美國“火星探路者”探測器上，都用到了氣凝膠材料。美國國家宇航局研制出的一種新型氣凝膠，由于密度只有每立方厘米3毫克，日前已經(jīng)作為“世界上密度最低的固體”正式入選《吉尼斯世界紀(jì)錄》。這種氣凝膠呈半透明淡藍(lán)色，重量極輕，因此人們也把它稱為“固態(tài)煙”。新型氣凝膠是由美國國家宇航局下屬的“噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室”材料科學(xué)家史蒂芬·瓊斯博士研制的。它的主要成分和玻璃一樣也是二氧化硅，但因?yàn)樗?9.8%都是空氣，所以密度只有玻璃的千分之一。氣凝膠貌似“弱不禁風(fēng)”，其實(shí)非常堅(jiān)固耐用。它可以承受相當(dāng)于自身質(zhì)量幾千倍的壓力，在溫度達(dá)到1200攝氏度時(shí)才會熔化。此外它的導(dǎo)熱性和折射率也很低，絕緣能力比最好的玻璃纖維還要強(qiáng)39倍。由于具備這些特性，氣凝膠便成為航天探測中不可替代的材料，俄羅斯“和平”號空間站和美國“火星探路者”探測器都用它來進(jìn)行熱絕緣。氣凝膠在航天中的應(yīng)用遠(yuǎn)不止這些，美國國家宇航局的“星塵”號飛船正帶著它在太空中執(zhí)行一項(xiàng)十分重要的使命———收集彗星微粒。科學(xué)家認(rèn)為，彗星微粒中包含著太陽系中最原始、最古老的物質(zhì)，研究它可以幫助人類更清楚地了解太陽和行星的歷史。2006年，“星塵”號飛船將帶著人類獲得的第一批彗星星塵樣品返回地球。但收集彗星星塵并不是件容易的事，它的速度相當(dāng)于步槍子彈的6倍，盡管體積比沙粒還要小，可是當(dāng)它以如此高速接觸其它物質(zhì)時(shí)，自身的物理和化學(xué)組成都有可能發(fā)生改變，甚至完全被蒸發(fā)。如今科學(xué)家有了氣凝膠，這個(gè)問題就變得很簡單了。它就像一個(gè)極其柔軟的棒球手套，可以輕輕地消減彗星星塵的速度，使它在滑行一段相當(dāng)于自身長度200倍的距離后慢慢停下來。在進(jìn)入“氣凝膠手套”后，星塵會留下一段胡蘿卜狀的軌跡，由于氣凝膠幾乎是透明的，科學(xué)家可以按照軌跡輕松地找到這些微?！，F(xiàn)在是21頁\一共有47頁\編輯于星期三制備氣凝膠最初是由S.Kistler命名，由于他采用超臨界干燥方法成功制備了二氧化硅氣凝膠，故將氣凝膠定義為：濕凝膠經(jīng)超臨界干燥所得到的材料，稱之為氣凝膠。在90年代中后期，隨著常壓干燥技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，90年代中后期普遍接受的氣凝膠的定義是：不論采用何種干燥方法，只要是將濕凝膠中的液體被氣體所取代，同時(shí)凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基本保留不變，這樣所得的材料都稱為氣凝膠。氣凝膠的結(jié)構(gòu)特征是擁有高通透性的圓筒形多分枝納米多孔三位網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，擁有極高孔洞率、極低的密度、高比表面積、超高孔體積率，其體密度在0.003-0.500g/cm-3范圍內(nèi)可調(diào)。（空氣的密度為0.00129g/cm-3）。氣凝膠的制備通常由溶膠凝膠過程和超臨界干燥處理構(gòu)成。在溶膠凝膠過程中，通過控制溶液的水解和縮聚反應(yīng)條件，在溶體內(nèi)形成不同結(jié)構(gòu)的納米團(tuán)簇，團(tuán)簇之間的相互粘連形成凝膠體，而在凝膠體的固態(tài)骨架周圍則充滿化學(xué)反應(yīng)后剩余的液態(tài)試劑。為了防止凝膠干燥過程中微孔洞內(nèi)的表面張力導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)的破壞，采用超臨界干燥工藝處理，把凝膠置于壓力容器中加溫升壓，使凝膠內(nèi)的液體發(fā)生相變成超臨界態(tài)的流體，氣液界面消失，表面張力不復(fù)存在，此時(shí)將這種超臨界流體從壓力容器中釋放，即可得到多孔、無序、具有納米量級連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的低密度氣凝膠材料。氣凝膠內(nèi)含大量的空氣，典型的孔洞線度在l—l00納米范圍，孔洞率在80%以上，是一種具有納米結(jié)構(gòu)的多孔材料，在力學(xué)、聲學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)等諸方面均顯示其獨(dú)特性質(zhì)。它們明顯不同于孔洞結(jié)構(gòu)在微米和毫米量級的多孔材料，其纖細(xì)的納米結(jié)構(gòu)使得材料的熱導(dǎo)率極低，具有極大的比表面積．對光、聲的散射均比傳統(tǒng)的多孔性材料小得多，這些獨(dú)特的性質(zhì)不僅使得該材料在基礎(chǔ)研究中引起人們興趣，而且在許多領(lǐng)域蘊(yùn)藏著廣泛的應(yīng)用前景?，F(xiàn)在是22頁\一共有47頁\編輯于星期三作用研究領(lǐng)域在分形結(jié)構(gòu)研究方面。硅氣凝膠作為一種結(jié)構(gòu)可控的納米多孔材料，其表現(xiàn)密度明顯依賴于標(biāo)度尺寸，在一定尺度范圍內(nèi)，其密度往往具有標(biāo)度不變性，即密度隨尺度的增加而下降，而且具有自相似結(jié)構(gòu)，在氣凝膠分形結(jié)構(gòu)動力學(xué)研究方面的結(jié)構(gòu)還表明，在不同尺度范圍內(nèi)，有三個(gè)色散關(guān)系明顯不同的激發(fā)區(qū)域，分別對應(yīng)于聲子、分形子和粒子模的激發(fā)。改變氣凝膠的制備條件，可使其關(guān)聯(lián)長度在兩個(gè)量級的范圍內(nèi)變化。因此硅氣凝膠已成為研究分形結(jié)構(gòu)及其動力學(xué)行為的最佳材料。在“863”高技術(shù)強(qiáng)激光研究方面。納米多孔材料具有重要應(yīng)用價(jià)值，如利用低于臨界密度的多孔靶材料，可望提高電子碰撞激發(fā)產(chǎn)生的X光激光的光束質(zhì)量，節(jié)約驅(qū)動能，利用微球形節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的新型多孔靶，能夠?qū)崿F(xiàn)等離于體三維絕熱膨脹的快速冷卻，提高電子復(fù)合機(jī)制產(chǎn)生的x光激光的增益系數(shù)，利用超低密度材料吸附核燃料，可構(gòu)成激光慣性約束聚變的高增益冷凍靶。氣凝膠纖細(xì)的納米多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、巨大的比表面積、結(jié)構(gòu)介觀尺度上可控，成為研制新型低密度靶的最佳候選材料。在作為隔熱材料方面。硅氣凝膠纖細(xì)的納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有效地限制了局域熱激發(fā)的傳播，其固態(tài)熱導(dǎo)率比相應(yīng)的玻璃態(tài)材料低2—3個(gè)數(shù)量級。納米微孔洞抑制了氣體分子對熱傳導(dǎo)的貢獻(xiàn)。硅氣凝膠的折射率接近l，而且對紅外和可見光的湮滅系數(shù)之比達(dá)100以上，能有效地透過太陽光，并阻止環(huán)境溫度的紅外熱輻射，成為一種理想的透明隔熱材料，在太陽能利用和建筑物節(jié)能方面已經(jīng)得到應(yīng)用。通過摻雜的手段，可進(jìn)一步降低硅氣凝膠的輻射熱傳導(dǎo)，常溫常壓下?lián)教細(xì)饽z的熱導(dǎo)率可低達(dá)0．013w/m·K，是目前熱導(dǎo)率最低的固態(tài)材料，可望替代聚氨脂泡沫成為新型冰箱隔熱材料。摻人二氧化鈦可使硅氣凝膠成為新型高溫隔熱材料，800K時(shí)的熱導(dǎo)率僅為0．03w/m·K，作為軍品配套新材料將得到進(jìn)一步發(fā)展。由于硅氣凝膠的低聲速特性，它還是一種理想的聲學(xué)延遲或高溫隔音材料。該材料的聲阻抗可變范圍較大(103—107kg/m2·s)，是一種較理想的超聲探測器的聲阻耦合材料，如常用聲阻匝Zp=1．5×l07kg/m2·s的壓電陶瓷作為超聲波的發(fā)生器和探測器，而空氣的聲阻只有400kg/m2·s。用厚度為l/4波長的硅氣凝膠作為壓電陶瓷與空氣的聲阻耦合材料．可提高聲波的傳輸效率，降低器件應(yīng)用中的信噪比。初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，密度在300kg/m3左右的硅氣凝膠作為耦合材料，能使聲強(qiáng)提高30dB，如果采用具有密度梯度的硅氣凝膠，可望得到更高的聲強(qiáng)增益。在環(huán)境保護(hù)及化學(xué)工業(yè)方面。納米結(jié)構(gòu)的氣凝膠還可作為新型氣體過濾，與其它材料不同的是該材料孔洞大小分布均勻，氣孔率高，是一種高效氣體過濾材料。由于該材料特別大的比表而積．氣凝膠在作為新型催化劑或催化劑的載體方而亦有廣闊的應(yīng)用前景。在儲能器件方而。有機(jī)氣凝膠經(jīng)過燒結(jié)工藝處理后將得到碳?xì)饽z這種導(dǎo)電的多孔材料是繼纖維狀活性碳以后發(fā)展起來的一種新型碳素材料，它具有很大的比表面積(600—1000m2/kg)和高電導(dǎo)率(10—25s/cm)．而目．密度變化范圍廣(0.05—1.0g/cm3)．如在其微孔洞內(nèi)充人適當(dāng)?shù)碾娊庖?，可以制成新型可充電電池，它具有儲電容量大、?nèi)阻小、重量輕、充放電能力強(qiáng)、可多次重復(fù)使用等優(yōu)異特性，初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：碳?xì)饽z的充電容量達(dá)3×104/kg2，功率密度為7kw/kg，反復(fù)充放電性能良好。在材料的量子尺寸效應(yīng)研究方面。由于硅氣凝膠的納米網(wǎng)絡(luò)內(nèi)形成量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)，化學(xué)氣相滲透法摻Si及溶液法摻C60的結(jié)果表明，摻雜劑是以納米晶粒的形式存在，并觀察到很強(qiáng)的可見光發(fā)射，為多孔硅的量子限制效應(yīng)發(fā)光提供了有力證據(jù)。利用硅氣凝膠的結(jié)構(gòu)以及C60的非線性光學(xué)效應(yīng)，可進(jìn)一步研制新型激光防護(hù)鏡。通過摻雜的方法還是形成納米復(fù)合相材料的有效手段。此外，硅氣凝膠是折射率可調(diào)的材料，使用不同密度的氣凝膠介質(zhì)作為切倫柯夫閥值探測器，可確定高能粒子的質(zhì)量和能量。因高速粒子很容易穿人多孔材料并逐步減速，實(shí)現(xiàn)“軟著陸”，如選用透明氣凝膠在空間捕獲高速粒子，可用肉眼或顯微鏡觀察被阻擋、捕獲的粒子。作為一種新型納米多孔材料，除硅氣凝膠外，已研制的還有其它單元、二元或多元氧化物氣凝膠、有機(jī)氣凝膠及碳?xì)饽z。作為一種獨(dú)特的材料制備手段，相關(guān)的工藝在其它新材料研制中得到廣泛應(yīng)用，如制備氣孔率極高的多孔硅、制備高性能催化劑的金屬—?dú)饽z混合材料、高溫超導(dǎo)材料、超細(xì)陶瓷粉末等?，F(xiàn)在是23頁\一共有47頁\編輯于星期三其他用途1、制作火星探險(xiǎn)宇航服2002年，美國宇航局成立了一家公司，專門生產(chǎn)更結(jié)實(shí)更有韌性的氣凝膠。美國宇航局2013年已經(jīng)確定，在2018年火星探險(xiǎn)時(shí)，宇航員們將穿上用新型氣凝膠制造的宇航服。該公司的資深科學(xué)家馬克·克拉杰沃斯基說，只要在宇航服中加入一個(gè)18毫米厚的氣凝膠層，那么它就能幫助宇航員扛住1300℃的高溫和零下130℃的超低溫。“這是我見過的最有效的恒溫材料?！瘪R克如是說。2、防彈不怕被炸防彈是新型氣凝膠的第二個(gè)重要用途。美國宇航局的這家公司正在對用氣凝膠建造的住所和軍車進(jìn)行測試。根據(jù)試驗(yàn)室的試驗(yàn)情況來看，如果在金屬片上加一層厚約6毫米的氣凝膠，那么，就算炸藥直接炸中，對金屬片也分毫無傷。3、可處理生態(tài)災(zāi)難環(huán)保是新型氣凝膠的第三個(gè)重要作用。科學(xué)家們將氣凝膠親切地稱為“超級海綿”，因?yàn)槠浔砻嬗谐砂偕锨f的小孔，所以是非常理想的吸附水中污染物的材料。美國科學(xué)家新發(fā)明的氣凝膠居然能吸出水中的鉛和水銀。據(jù)這位科學(xué)家稱，這種氣凝膠是處理生態(tài)災(zāi)難的絕好材料，比如說1996年“海上快車”油輪沉沒后，72000噸原油外泄，如果當(dāng)時(shí)用上這種材料的話，那么就不會導(dǎo)致整個(gè)海岸受到嚴(yán)重的污染。4、網(wǎng)球拍擊球能力更強(qiáng)新型氣凝膠也將步入我們每個(gè)人的未來日常生活。比如說美國的Dunlop體育器材公司已經(jīng)成功研發(fā)了含有氣凝膠的網(wǎng)球拍。這種網(wǎng)球拍據(jù)說擊球的能力更強(qiáng)；2012年年初，66歲的鮑博·斯托克成為第一個(gè)將氣凝膠用于住房的英國人：“保溫加熱的效果非常好，我將空調(diào)的溫度下降了5℃，結(jié)果室內(nèi)的溫度仍然非常舒適。”登山者也對氣凝膠的運(yùn)用充滿了希望。英國登山家安尼·帕爾門特2011年登珠峰時(shí)所穿的鞋子就是使用了部分氣凝膠材料，他的睡袋里也有一層這種新材料。現(xiàn)在是24頁\一共有47頁\編輯于星期三4、富勒烯突破性：具有線性和非線性光學(xué)特性，堿金屬富勒烯超導(dǎo)性等?，F(xiàn)在是25頁\一共有47頁\編輯于星期三3、碳納米管突破性：高電導(dǎo)率、高熱導(dǎo)率、高彈性模量、高抗拉強(qiáng)度等?，F(xiàn)在是26頁\一共有47頁\編輯于星期三現(xiàn)在是27頁\一共有47頁\編輯于星期三5、非晶合金突破性：高強(qiáng)韌性、優(yōu)良的導(dǎo)磁性和低的磁損耗、優(yōu)異的液態(tài)流動性。現(xiàn)在是28頁\一共有47頁\編輯于星期三6、泡沫金屬突破性：

重量輕、密度低、孔隙率高、比表面積大?？紫抖萚多孔體中所有孔隙的體積與多孔體總體積之比]達(dá)到90%以上，具有一定強(qiáng)度和剛度的多孔金屬現(xiàn)在是29頁\一共有47頁\編輯于星期三現(xiàn)在是30頁\一共有47頁\編輯于星期三現(xiàn)在是31頁\一共有47頁\編輯于星期三它的透氣性很高，幾乎都是連通孔，孔隙比表面積大，材料容重很小。粉末冶金法制造泡沫金屬，是在粉末中加入發(fā)泡劑（如NH4Cl），燒結(jié)時(shí)發(fā)泡劑揮發(fā)，留下孔隙。用電化學(xué)沉積法可以制得規(guī)則形狀孔隙、孔隙率高達(dá)95%的泡沫金屬，包括以Cu，Ni，NiCrFe，ZnCu，NiCu，NiCrW，NiFe等金屬和合金為骨架的泡沫材料。將電化學(xué)沉積在多孔體上的金屬，經(jīng)燒結(jié)使沉積組分連接成整體，強(qiáng)度達(dá)到要求的高孔隙泡沫金屬，孔隙度高，使用中可以填充更多的物質(zhì)，如催化劑、電解質(zhì)等。泡沫金屬在石油化工、航空航天、環(huán)保中用于制造凈化、過濾、催化支架、電極等裝置。含有泡沫狀氣孔的金屬材料與一般燒結(jié)多孔金屬相比，泡沫金屬的氣孔率更高，孔徑尺寸較大，可達(dá)7毫米。由于泡沫金屬是由金屬基體骨架連續(xù)相和氣孔分散相或連續(xù)相組成的兩相復(fù)合材料，因此其性質(zhì)取決于所用金屬基體、氣孔率和氣孔結(jié)構(gòu)，并受制備工藝的影響。通常，泡沫金屬的力學(xué)性能隨氣孔率的增加而降低，其導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性也相應(yīng)呈指數(shù)關(guān)系降低。當(dāng)泡沫金屬承受壓力時(shí)，由于氣孔塌陷導(dǎo)致的受力面積增加和材料應(yīng)變硬化效應(yīng)，使得泡沫金屬具有優(yōu)異的沖擊能量吸收特性。泡沫金屬的制備有發(fā)泡法和電鍍法，前者通過向熔體金屬添加發(fā)泡劑制得泡沫金屬；后者通過電沉積工藝在聚氨酯泡沫塑料骨架上復(fù)制成泡沫金屬。已實(shí)用的泡沫金屬有鋁、鎳及其合金。泡沫鋁及其合金質(zhì)輕，具有吸音、隔熱、減振、吸收沖擊能和電磁波等特性，適用于導(dǎo)彈、飛行器和其回收部件的沖擊保護(hù)層，汽車緩沖器，電子機(jī)械減振裝置，脈沖電源電磁波屏蔽罩等。泡沫鎳由于有連通的氣孔結(jié)構(gòu)和高的氣孔率，因此具有高通氣性、高比表面積和毛細(xì)力，多作為功能材料，用于制作流體過濾器、霧化器、催化器、電池電極板和熱交換器等?，F(xiàn)在是32頁\一共有47頁\編輯于星期三現(xiàn)在是33頁\一共有47頁\編輯于星期三7、離子液體突破性：具有高熱穩(wěn)定性、寬液態(tài)溫度范圍、可調(diào)酸堿性、極性、配位能力等?，F(xiàn)在是34頁