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气凝胶是20世纪30年代由一位名叫契史特勒（Samuel Kistler）的美国人发明的。他发明气凝胶纯粹出于对果冻的兴趣。 果冻是什么？ 果冻不是液体，但也不算固体，Samuel Kistler认为果冻是困在固体里的液体，但这个固体监狱的铁栅是细到看不见的网格。明胶分子入水后会先分解再连成网状，把液体锁住让它无法流动。因此，果冻基本上就像灌了水的气球，只不过它并非靠外层的薄膜把水困住，而是从里面让水不能流动。 果冻网格内的水分子是由表面张力拉住的。水会润湿其他物体，形成水滴和附着在其他东西上，这都是表面张力的作用。果冻网格内的表面张力强度刚好，既让水无法挣脱，又可以晃动，所以果冻才会那么柔软又有弹性，有那么奇特的口感。果冻几乎百分之百是水，熔点为35℃，因此一放入口中，明胶网格就会瓦解，让水迸射而出。所以说果冻是困在固体网格内的液体。 实验显示，果冻内的液体是连成一体的，而非分成小块，而且可以替换成其他液体，因此，用涵盖范围更广的“胶体”一词取代果冻，表示所有类似胶体的物质都有这个特性，从非常接近固体的物质到非常接近液体的物质都是如此，发胶、鸡高汤和凝固中的水泥（网格由硅酸钙原纤维组成）无一例外。 如果用气体替换胶体中的液体呢？ 通过蒸发来去除胶体内的液体是不可行的，蒸发一定会导致胶体萎缩，当液体因蒸发而流失，原本支撑胶体的表面力反而会把胶体撕裂，固体结构会大受损害，导致胶体崩塌。 但只要把胶体放到高压釜里，注入该液体并把温度提高到液体的临界温度之上，压力维持在蒸汽压以上，就能阻止液体蒸发，而胶体也不会因为表面毛细力而收缩。高压釜内压力只要够大，胶体内的液体就算超过沸点也不会蒸发，只要把胶体的温度提高到“临界温度”之上，使气体和液体的密度及结构相同，两者就不会有任何区别，胶体内的液体就会直接变成气体而不受蒸发的过程破坏。 这个做法的天才之处在于：胶体内新形成的气体受制于高压釜里的高压而无法挣脱，使得胶体内的固体结构得以维持。 剩下要做的只是让气体散逸，留下体积不变的共聚气凝胶。 然而这样得到的胶体固体结构非常轻盈、脆弱，其实就是泡沫。若胶体不是由明胶构成，而是更坚固的物质，固体结构或许就会更强韧。于是Samuel Kistler选择了玻璃的主要成分，制造出了以二氧化硅为固体结构的胶体，接着再按先前的程序去除胶体中的液体，制造出了世界上最轻的固体：二氧化硅气凝胶。 二氧化硅气凝胶的外表非常诡异 二氧化硅气凝胶的外表非常诡异，放在暗色前（如上图）会呈蓝色，放在浅色前却几乎消失不见。它虽然不像玻璃那么透明，却比玻璃更隐形、更难看见。光穿透玻璃时会微微偏斜，也就是折射。气凝胶的物质含量极少，因此光穿透时几乎不会偏折。同理，气凝胶的表面几乎不会反射光线，而且由于密度极低，所以没有明显的边角，实在不算是真正的固体，当然它确实是固体。气凝胶内的固体结构和泡沫的结构差不多，只有一点非常不同，就是气凝胶里所有的孔洞都连在一起。由于孔洞极多，二氧化硅气凝胶99.8%是空气，密度只约略大于空气的三倍，基本上等于没有重量。 二氧化硅气凝胶99.8%是空气 手里拿着一块气凝胶，其实就等于握着一大片天空 气凝胶还有很多有趣的特性，下次的系列文章将给大家详细介绍这种“天空材料”的性质以及应用，敬请期待~ε=ε=ε=(~￣▽￣)~ 来源：奇点科技 |
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