2023年1月，中表科研机构的科学家们通过天问一号传回来的数据，得到了“火星日凌”的最新钻研结果。
2021年，天问一号着陆火星，开启了火星探测之旅。这并非一次轻松的行程，天问一号必必要经验“冰与火”的磨练——着陆时，启发机形成的热量，会让界限温度骤升至1000℃以上；巡视阶段，天问一号搭载的回禄号火星车，又不得不正在-130℃足下的境况下劳动。
什么样的资料，能耐得住如斯极热与极寒？又是什么样的资料，能让火星车上科学载荷能正在如斯阴毒的境况下成功实行火星探测？
说起果冻来，多人并不生疏。果冻依赖着柔和多汁的口感，受到孩子们迎接。像果冻如许，由必定浓度的高分子溶液或溶胶正在恰当条款下酿成的、没有滚动性并连结必定形状的弹性半固体，被称为凝胶。
您是否思过，存在中不行或缺的气氛，倘若有一天被造成凝胶，那会是一种什么样的体验？
气凝胶是一种以纳米胶体粒子彼此聚积组成纳米骨架和纳米多孔汇集组织，而且正在孔隙中充满气态疏散介质的轻质固态资料。气凝胶的内部组织就像咱们闲居吃的馒头，有许多孔，另有面粉酿成的骨架。与馒头差别的是，正在气凝胶的内部组织中，孔的尺寸相对愈加匀称，孔径比馒头的幼了约100万倍，且气凝胶中孔与孔之间公共是相通的。同样，气凝胶的骨架粒径同面粉骨架比拟，也幼了约1000倍。
因为这种迥殊的组织，气凝胶正在气氛中露出像烟雾一律的形态。以是，它又被称为“冻烟”。资料学家马克·米奥多尼克如许描写他第一次正在试验室再会气凝胶的感应：“它是透后的，却奇异地呈乳白色，很像珠宝的全息图，是虚幻不实的物质……我不由得胡思乱思，岂非它是从表星人的宇宙飞船上抢来的？”
1931年，美国科学劳动家基斯特勒（Kistler）和他的诤友打了个赌：两人相约看谁能将凝胶内的液体换成气体，同时不使固体组织爆发变革。
试思一下，以果冻为例，倘若思通过蒸发的方法，将凝胶内的液体与固体涣散，势必会变成果冻缩短和组织坍塌。然则奇妙的一幕显露了——经验一次又一次试验，基斯特勒最终通过酒精超临界干燥身手处理了这个困难，宇宙上第一块气凝胶就此降生。然而，这个时辰的气凝胶造备工艺耗时长、难度大，并没有获得普遍使用。
直到20世纪70年代，科学家以甲醇溶剂行动超临界干燥介质，造备出二氧化硅气凝胶，气凝胶的造备工艺以是大大简化，酣睡了40多年的气凝胶钻研范围起首惊醒。
此刻，气凝胶仍然酿成了一个伟大的家族。这个多人族里，首要分为3个人成员：无机气凝胶、有机气凝胶和有机-无机杂化气凝胶。
无机气凝胶，顾名思义，是以无机物为基体。无机气凝胶可能耐高温，运用温度凡是可能到达600℃以上。
有机气凝胶以有机物为主体，凡是拥有高强度、柔韧性优良的特色，时时正在中低温（不跨越400℃）的条款下运用。
有机-无机杂化气凝胶，则是运用有机物和无机物各自的上风，达成气凝胶资料迥殊的效用。比方，二氧化硅气凝胶拥有超低热导率、耐高温等特色，是一种机能优异的隔热资料。但它强度低、材质脆，难以直接运用。而有机物气凝胶凡是都具备较好的韧性。以是，将有机气凝胶和二氧化硅气凝胶维系，可能加强二氧化硅气凝胶的强度，同时也会由于有机物组织的变换，付与杂化气凝胶特定的效用。
2021年，国际顶级巨擘学术期刊《科学》杂志将气凝胶列为十大热点科学身手之一。2022年，国际纯粹与使用化学联络会将气凝胶列入2022年度化学范围十大新兴身手。时至今日，气凝胶的降生已有快要一个世纪，但科学界对气凝胶的钻研照旧热度不减。
气凝胶英文名为“aerogel”。“aero”意为翱翔的，“gel”为凝胶，组合起来便是可能翱翔的凝胶。单从名字就可能看出，气凝胶有多轻。这些年来，科学家们一直造备出愈加先辈的气凝胶，一次又一次鼎新着“宇宙上最轻的固体”的记录。正在目前报道的气凝胶中，密度最低的可能到达0.00016g/cm3，远低于气氛的密度，抽真空后乃至可能正在空中飘起来。
气凝胶组织中超高的气氛占比，使它拥有高比皮相积和高孔隙率。据认识，气凝胶的比皮相积可高达1000㎡/g。也即是说，1块乒乓球巨细的气凝胶，其皮相积统一个足球场相当。同时80%~99.8%的孔隙率也代表着正在体积为1m3的气凝胶中，纳米孔所占体积大于0.8m3。这使得气凝胶拥有优异的吸附机能。其吸附量弘大于泛泛海绵的吸附量，堪称“终极海绵”。
资料学家们通过调控气凝胶骨架的化学形态，使它正在吸附时拥有必定的选拔性。比方，氧化硅气凝胶对付常见的无益气体甲苯等的吸附量是活性炭和硅胶的2倍以上，可用于废除室内无益气体；炭气凝胶的吸油量可能到达本身重量的40~160倍，是统治海上石油污染的理思资料。
气凝胶依赖其组织特色，拥有卓异的隔热机能。其纳米骨架组织疏散了固体传热的途径，较幼的纳米孔又遏造了气体分子实行热量通报。以是，当热量原委气凝胶时，就像人走正在蜿蜒低洼的幼径上，热量通报速率极其徐徐。隔热机能不断是各行各业合怀的主题之一。以工业上常用的气凝胶绝热毡为例，与古代保温资料比拟，二氧化硅气凝胶绝热毡的保温机能是古代资料的2~8倍。
其它，气凝胶还拥有无与伦比的催化特征。其特定的皮相组织使得活性组分可能额表匀称地疏散于载体中。同时，气凝胶优良的热平静性，可能有用淘汰副反响爆发。以是，气凝胶常被用作催化剂或者催化剂载体。初期，气凝胶催化剂首要用于少少有工业使用布景的有机反响，如乙酸转化为丙酮、丙酸转化为二乙基丙酮等。近年来，气凝胶催化剂的使用愈加普遍。比方，石墨烯基气凝胶依赖着优秀的电化学活性和催化特征，正在燃料电池、染料敏化太阳能电池、微生物电解池和电化学传感器等范围拥有普遍的使用远景。
此刻，大到航空航天、国防工业，幼到闲居存在中的护膝鞋垫，各处都有气凝胶的身影。
气凝胶仍然普遍使用于航天探测。中国回禄号火星车、俄罗斯安宁号空间站、美国火星探道者探测器等，都采用了气凝胶行动隔热资料。
气凝胶正在航天范围的使用远不止于此。早正在20世纪末，气凝胶仍然被造成灰尘采集器，用于采集宇宙中的彗星尘。
科学家以为，宇宙中的彗星尘包蕴着太阳系中最原始、最迂腐的物质，可帮帮人类更了了地认识太阳和行星的史籍。但采集彗星尘却不是一件容易的事。彗星尘的体积比沙粒还幼，运动速率却起码是步枪枪弹的6倍。如斯高速率接触其他物质，其物理和化学因素都能够爆发变换，乃至统统蒸发。
氧化硅气凝胶自身的特征可能很好地处理这一题目。它就像一个极其柔和的棒球手套，极低的密度可能让灰尘徐徐减速不受毁伤，千丝万缕的组织可能阐述优良的缓冲成就，使其滑行相当于本身长度200倍的间隔后徐徐停下来。进入“气凝胶手套”后，星尘会留下一段胡萝卜状的轨迹。因为气凝胶险些是透后的，科学家可能根据轨迹轻松地找到这些微粒。
美国国度宇航局正在1999年发射的星尘号宇宙飞船，搭载了用气凝胶造成的灰尘采集器。2006年，星尘号带着人类得到的第一批彗星尘样品返回了地球，捉拿的灰尘微粒明显可见，且气凝胶单位均完备无损。这注明，氧化硅气凝胶是当之无愧的星际灰尘采集神器。
电动汽车首要以锂离子电池行动动力电池。绝顶条款下，电池热失控是电动汽车的首要安笑题目。气凝胶隔热资料的使用，大大提升了新能源汽车的运用安笑性。
气凝胶隔热片是一種基于氧化矽氣凝膠和陶瓷纖維基材，複合獲得的一種氣凝膠複合隔熱資料。它用于阻隔發燒部位與配置表殼爆發熱通報。氣凝膠氈擁有導熱系數低、隔熱成就好和不燃性的特色。比擬古代隔熱資料，氣凝膠氈只需1/5～1/3的厚度即可到達不異的隔熱成就。目前，繁多汽車動力電池廠家，均大範圍采用二氧化矽氣凝膠隔熱複合氈行動動力電池組件的分開資料。
其它，氣凝膠正在坐褥存在中也有著普遍的使用：氣凝膠造成的輕佻防寒服可能抵禦-196℃的液氮噴射；效用性纖維素氣凝膠正在吸附二氧化碳、甲醛等氣體，以及去除廢水中的重金屬離子、有機染料、有機溶劑和油汙水等方面擁有自然的上風……
目前，人類可造備的氣凝膠多種多樣，每種氣凝膠都有其專屬且笑趣的機能，而且仍然正在高科技配置和閑居存在中凱旋使用。跟著造備工藝一直完滿和科技水准一直起色，氣凝膠研造本錢慢慢消重。咱们信托，气凝胶将会更普遍地使用于各行各业，为各个范围带来令人惊喜的变革。