比空气密度还低,用手一捏就碎的材料,凭啥能为火星车保驾护航?


比空气密度还低,用手一捏就碎的材料,凭啥能为火星车保驾护航?
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图为气凝胶
现在中国已经成为世界上继美国之后 , 第二个实现成功登陆火星的国家 , 天问一号不仅仅成功着陆火星表面 , 同时还释放出祝融号火星车 , 在这一过程中 , 一款关键材料功不可没 , 它就是中国自主研制的气凝胶材料 , 它比空气还轻 , 却能够为火星车保驾护航 , 由于密度比空气低 , 所以这种材料用手一捏就碎 , 那么它凭啥能够为火星车保驾护航?这种材料到底有多牛?
比空气密度还低,用手一捏就碎的材料,凭啥能为火星车保驾护航?
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图为气凝胶
气凝胶是一种固态物质 , 同时也是世界上密度最小的固体 , 每立方米的重量仅为3千克 , 常见的气凝胶为硅气凝胶 , 当然还存在碳系 , 硫系 , 金属氧化物系 , 金属系等多种不同类型的产品 , 由于气凝胶的质量比空气略低 , 所以它也被称为冻住的烟雾或者蓝烟 , 同时它内部的颗粒又非常微小 , 仅为纳米级 , 所以对可见光的散射作用非常弱 , 就如同太阳光直接穿过空气一样 。
比空气密度还低,用手一捏就碎的材料,凭啥能为火星车保驾护航?
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图为气凝胶
那么这种材料在火星车上能够发挥什么作用呢?虽然气凝胶看似脆弱不堪 , 但实际上却非常坚固耐用 , 它可以承受自身质量几千倍的压力 , 并且只有在温度超过1200摄氏度时才会融化 , 拥有良好的绝缘性与隔热效果 , 其绝缘能力甚至比最好的玻璃纤维还要强上39倍 , 这些物理特性也导致气凝胶成为航天发射中必不可少的关键材料 , 比如美国航天探测器与俄罗斯和平号空间站 , 均采用气凝胶来作为隔热绝缘材料 , 所以出现在中国火星车上 , 也就不足为怪了 。
气凝胶除了可以用来保护火星车车外 , 美国一家公司甚至还打算用气凝胶来研制火星宇航服 , 目前世界上只有三个国家具备载人航天实力 , 但这些国家的航天服清一色比较臃肿 , 在太空中活动并不方便 , 如果想要在火星上开展工作 , 身着厚重的宇航服并不合适 , 所以美国宇宙局已经打算 , 让未来登上火星的航天员直接身穿气凝胶宇航服 , 只需要在宇航服中添加18毫米厚的气凝胶层 , 就可以让宇航服扛住1300摄氏度的高温以及零下130摄氏度的超低温 , 绝对是制造宇航服的理想材料 。
比空气密度还低,用手一捏就碎的材料,凭啥能为火星车保驾护航?
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图为气凝胶
当然 , 气凝胶的作用远远不止着一些 , 作为新型材料 , 科学家们还考虑让气凝胶在环保方面发挥出积极作用 , 比如应对大气海洋污染 , 由于气凝胶表面有大量的小孔 , 具有良好的吸附作用 , 所以在面对海洋污染时 , 就可以用气凝胶制成的吸附装置来处理污染问题 , 从而保护海洋生态环境 , 地球上已经发生多起严重的原油泄露事件 , 几乎每一起原油泄露 , 都会导致严重的生态灾难 , 但如果有气凝胶 , 那么就可以让这些灾难降到最低 。
比空气密度还低,用手一捏就碎的材料,凭啥能为火星车保驾护航?】目前人类对气凝胶的研究远远没有结束 , 除了在尝试研制出更轻的气凝胶材料外 , 同时也在思考如何大规模制造气凝胶 , 此前制备气凝胶的主要手段是除去凝胶中的溶剂 , 然后保留下完整的骨架 , 这种工艺显然不适合大量制备 , 所以现在科学家们尝试用无模板的冷冻干燥办法 , 将溶解了石墨烯和碳纳米管的水溶液在低温下冻干 , 从而方便制作碳海绵 , 而且这种技术还可以随意调整形状 , 让生产过程变得更加快捷 , 并且也让大规模生产变成了可能 。