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世界上弹性和吸油能力惊人的最轻固体材料
2013-04-12 16:15:54
花芯上的8立方厘米的超轻气凝胶。汪晓勇摄
记者今天从浙江大学获悉，该校高分子系高超教授的课题组成功制备出一种超轻气凝胶，取名“碳海绵”。该成果刷新了目前世界上最轻固体材料的纪录，弹性和吸油能力令人惊喜，被《自然》杂志重点配图评论。
据了解，气凝胶是入选吉尼斯世界纪录的最轻的一类物质，因其内部有很多孔隙，充斥着空气，故而得名。2011年，由美国HRL实验室、加州大学欧文分校和加州理工学院合作制备的一种镍构成的气凝胶，密度为0.9毫克/立方厘米，创下了当时最轻的纪录。
“你看，把这种材料放在蒲公英花朵上，柔软的绒毛几乎没有变形。”高超指着这张入选《自然》杂志年度十大图片的照片说道。图片给高超留下了深刻印象，“当时我就在想，能不能制备出一种材料，挑战这个极限。”
高超告诉记者，课题组这些年一直从事石墨烯宏观材料的研发，两年前，他们打算把石墨烯(碳的二维形态)做成三维多孔材料来冲击这一纪录。
在浙江大学的实验室里，记者看到了这些大小不等的“碳海绵”：大的如网球，小的如酒瓶塞。在电子显微镜下，碳纳米管和石墨烯共同支撑起无数个孔隙。
“值得欣喜的是，这种气凝胶实现了批量合成，可控性也大大提高。”高超告诉记者，以往科学家主要采用溶胶―凝胶法和模板导向法来制备气凝胶。“前者可以批量合成，但可控性差；后者能产生有序的结构，但依赖于模板的精细结构和尺寸，难以大量制备。”
课题组另辟蹊径，探索出无模板冷冻干燥法，将溶解了石墨烯和碳纳米管的水溶液在低温下冻干，便获得了“碳海绵”，还可以任意调节形状。“不需要模板，只与容器有关。容器多大，就能制备多大。”高超说。
记者了解到，高超课题组制备的“碳海绵”密度只有0.16毫克/立方厘米，是最轻纪录保持者。《自然》杂志点评说：它高弹，被压缩80%后仍可恢复原状；对有机溶剂具有超快、超高的吸附力，是已报道的吸油力最高的材料。
采访时，高超表示对申报吉尼斯世界纪录兴趣不大，他说：“轻并不是它最大的新意所在，这项成果的价值在于其简便的制备方法，以及材料所展现出来的优越性能。”
“也许某一天发生漏油时，可以把它们撒在海面上，就能把漏油迅速地吸收进来。因为有弹性，吸的油能够被压出来回收利用，碳海绵也能重新使用。”据高超介绍，碳海绵还可能成为理想的相变储能保温材料、催化载体以及高效复合材料，“但要让这个新材料走出实验室，实现其应用价值，还得依靠现实社会以及产业界的想象力。”(通讯员周炜、朱海洋 记者潘剑凯)（来源：光明日报）
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