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4种人类已发现的奇特化学物质

2016-09-01  roseforgr...

科学家无时无刻不在寻找新材料,但很少有这么酷炫的。

从NASA所用的意念弯曲的轻质固体,到可在手心熔化的金属,Quora上整理了几个最近的化学物质。

气凝胶:人类已知最轻的固体(Aerogel: The lightest solid known to man)


尽管气凝胶外观像云一样,但它却是一种强的固体,在手中的感觉就像硬质泡沫塑料一样。

这种不可思议的凝胶是世界上最轻的固体。

气凝胶由美国科学家Samuel Kistler在1931年发明而来,被用于从彗星尾部收集粉尘、发展政府机构支持的保温帐篷、甚至是用于服装制造,在极热环境下起到保护人体的作用。

NASA称之为“蓝色烟雾”,因为它看起来就像是全息图像。

Quora用户AbhinashTummala这样写道,这种物质如此炫酷的原因在于其看似矛盾的性质。这种硬质凝胶主要是空气,因此非给常轻,像是海绵。但同时也善于驱热。从下面的图像可以看到,它可以使花朵免于强烈火焰的侵蚀。


气凝胶具有令人难以置信的绝缘和隔热性能。

组成气凝胶的独立分子也可以像迷你棒球手套一样——毫发无损的捕获快速运动的粒子。这就是NASA星尘任务中真正利用的。

科学家将硅基气凝胶塑造成巨大的网球拍状收集器,置于星尘号宇宙飞船外部。其目的在于毫发无损的捕获Wild2彗星尾部脆弱的颗粒碎片。由于气凝胶强度大且相对透明,科学家可以轻易的从中提取出颗粒并进行分析。

气凝胶前驱体的结构类似于果冻。果冻中的明胶与温水混合,形成柔性的液态溶液。接着冷却变硬,其化学结构类似于毫无规律的毛线球。但是,一旦对果冻进行加热,它将会干燥并重新形成一坨果冻粉。

另一方面,气凝胶不是由明胶制成,而是根据使用需求由不同的物质构成。最常见的是硅——地球上最丰富的矿物质。不同于制作果冻的工艺,湿的气凝胶经过加压的冷却和加热循环,使其在干燥后保持自身形状。

由此产生的气凝胶主要是空气,但仍然是固体,且特别轻,就像是发泡泡沫或者是片状的绿色泡沫,也就是假植物。

你可以通过以下工艺,自己动手做一个气凝胶。

镓:室温下熔化的金属(Gallium: The metal that melts at room temperature)


就像Quora用户XuBeixi写到的那样, 这种软质的闪闪发光的金属很不寻常。低温下,它表现为又脆又硬的结构。但当温度升高到略高于室温时,它将熔化成一个闪亮的液珠。


到目前为止,它主要用于智能手机的制造、航天航空以及电信行业。

虽然化学元素周期表中有这种化学元素,但它在自然界中的存量却很少,在锌矿和铝土矿中发现有微量。然而,在Amazon上只需花费10美元就能买到。

如果你把它糟蹋了,一定要让它远离你的iPhone——因为它会将其他金属降解。

这是特别真实的,如果你手机上的铝被划伤,镓将深入渗透到金属晶格中。TechRax制作的这个YouTube视频演示了熔化的镓倒到iPhone划伤的铝壳上的情景:


几个小时后,iPhone的外壳已经完全腐烂。


金刚石纳米螺纹:太空电梯实现的基础?(Diamond Nanothreads: Possible basis for a space elevator?)


施加巨大的压力,再逐渐释放,液态苯形成四个相连碳原子组成的链,这称为四面体结构。这使其成为迄今发现的最强最硬的材料。

这种新型人造纤维由碳原子构成,其中碳原子排列成曲折结构,令人想到金刚石,可能是制得的最强最硬的纳米材料。

这种材料于2014年发现,非常薄,只有三个原子厚,比头发丝薄得多。

由于这种材料是最近才发现的,其组成必须采用高分辨图像来确定。

它的性质和特性也需要更深入的理解,才能够扩大到商业应用。


从地球延伸到太空的太空电梯概念

但是如果所有的这些都验证过,这种金刚石纳米螺纹理论上足以构建太空电梯。其他诸如钢铁,一旦延伸足够长,最终都会因自身的重量而坍塌。

磁流体:组成不可思议形状的磁性液体(Ferrofluid: This magnetic liquid forms incredible shapes)


这个外形像豪猪的超细磁性颗粒(通常是铁)悬浮液是一种液体,施加磁场后会开始跳舞并形成令人难以置信的结构,Quora用户Richard Tabassi这样指出。

磁流体中每一个独立的微小颗粒都用表面活性剂包覆,防止颗粒团聚在一起,最终悬浮在液体(如水)中。这些颗粒不同于我们贴在冰箱上的磁铁。科学家称之是“顺磁性”的,意思就是靠近磁场时,会变成微小的磁铁,与磁场中其他的微小磁铁相互粘在一起。

磁流体于1963年NASA科学家Steve Pappell所发现,最初是作为火箭燃料,施加磁场推进航天器。磁流体的奇怪之处在于即像液体又是固体。

YouTube网友提供的Ferrofluidvideos(磁流体视频)显示了在磁场的影响下,这种磁流体可做出的惊人的形状和运动。



来源:新材料在线

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