探秘世界最輕材料誕生地

科學界想法都是類似的，都想到了，就看誰的步伐更快一些。這比奧運會賽場上的競爭還要殘酷。

一項世界紀錄又被中國打破了！這次不是在運動場，而是在實驗室。近日，浙江大學高分子系高超教授所在的課題組制造出了一種超輕物質，取名“碳海綿”或“全碳氣凝膠”，其密度只有每立方厘米0.16毫克，僅是空氣密度的1/6，是目前世界上已知的最輕固體材料。這一成果被權威科學雜志《自然》重點配圖評論。

科學界的競爭比奧運會賽場更殘酷

大概10平米的辦公室，“蝸居”著11名學生，隔壁實驗室不時地傳來油泵聲響，各種實驗儀器幾乎占滿了近30平米的實驗室過道，就是在浙江大學玉泉校區西側高分子大樓里的這樣一間略顯擁擠的實驗室中，高超帶領的課題組成功刷新了“世界最輕材料紀錄”。

尋找最輕材料一直是全世界科學家們追求的夢想，就像在奧運會的100米賽道上一樣。2011年，美國科學家合作制造了一種鎳基氣凝膠，密度為0.9毫克/立方厘米，是當時最輕的材料。

2012年，德國科學家制造的一種名為“石墨烯氣凝膠”的材料，密度為0.18毫克/立方厘米。

“我國的石墨氣儲備非常豐富，占全世界的2/3。我們能不能用石墨做出最輕材料？”高超說。

“科學界想法都是類似的，就看誰的步伐更快一些，這比奧運會賽場上的競爭還要殘酷。”高超說。

其實高超的課題組一直在與德國科學家進行競爭。2012年6月，高超課題組已經實現做出了每立方厘米0.16毫克的全碳氣凝膠，正在他們想投稿的時候，德國科學家的論文已經發表了。

“科學界是沒有亞軍的，我們只有做到更好，再次把數據重新完善一下，要求課題組做得深，做得透。因為優勢就在于，我們的材料設計思想。”高超說。

記者在這里并沒有看到現代化辦公環境，比如精良的實驗設備，寬敞的實驗平臺?！拔业膶嶒炇揖褪乔嗄杲處煂嶒炇业囊粋€縮影，我經常和學生們說，科學沒有高低貴賤之分，勤奮努力可以彌補客觀條件的不足。要用最少的錢、最簡單的方法，做出最好的結果。”高超說。

高超表示，課題組還沒有申報吉尼斯世界紀錄的打算，但是碳海綿最大的價值在于其簡便的制備方法，以及材料所展現出來的優越性能。

沉積石墨烯不再需要模板

不論是2011年美國科學家的鎳基氣凝膠，還是2012年的“石墨烯凝膠”，它們都是采用“模板導向法”制備出來的。模板導向法一般是指先制備出所需要的模板，然后在模板表面沉積上所設計的原材料如鎳或石墨，再把模板去掉，留下多孔支架。這種方法可以相對容易地做出超輕材料，但受到模板本身尺寸、形狀、精細結構以及后續模板去除的復雜工藝的限制，材料很難做大，更難以大量制備。

另外一種常用的氣凝膠制備方法是“溶膠—凝膠法”。為了讓記者理解什么是溶膠—凝膠法，高超的學生孫海燕說：“超市中的松脆的水果干其實就是一種氣凝膠。水果是一種水凝膠，除去其中的水分，但還能保持原有的形貌就形成了氣凝膠的水果干。這種方法非常簡單，可以成噸地做出水果干氣凝膠，但是由于微觀結構不可控，很難得到極輕材料?！?/p>

高超課題組另辟蹊徑，將這兩種方法的優點相結合，探索出無模板溶液凍干法：將溶解了石墨烯和碳納米管的水溶液在低溫下凍干，便獲得了碳海綿，并且可以任意調節形狀?！安恍枰０?，只與容器有關。容器多大，就可以制備多大，可以做到上千立方厘米，甚至更大?！备叱f。生產過程更加便捷，也使這種超輕材料的大規模制造和應用成為可能。

記者征得同意，用手觸碰碳海綿，再擠壓，感覺它比我們吃的棉花糖還軟，并迅速回彈，同時也殘留在手上一些黑色海綿狀物質。孫海燕說：“現在的碳海綿只能壓，不能拉。我們的一項重要工作是要使材料的性能更加穩定。提高石墨烯纖維的力學強度，初步制備的石墨烯纖維有著一些結構上的缺陷，從而降低了它的力學性能。同時我們也在嘗試它在各個領域的應用，希望能真正地使用起來。”

“大胃王”吃有機物的速度極快

談到碳海綿的特性，高超告訴記者，它對有機溶劑有超快、超高的吸附力，是已被報道的吸油力最強的材料，可以被稱作吃有機物的“大胃王”。

而且，碳海綿只吸油不吸水。“大胃王”吃有機物的速度極快：每克這樣的碳海綿每秒可以吸收68.8克有機物。這一特性可用來處理海上原油泄漏事件——把碳海綿撒在海面上，就能把漏油迅速吸進來，因為有彈性，吸進的油又可以擠出來回收，碳海綿還可以重新使用。

高超的學生許震說：“碳海綿還有吸波以及屏蔽電磁波的作用。比如，可以用它包裹飛機機身，它很輕，同時又起到吸收電磁波的作用，吸波材料的功能是，可以吸收各種波，包括雷達波，這樣就沒有反射波，雷達就檢測不到了，就可以達到隱身的目的?！碧己＞d還可能成為理想的儲能、保溫、催化劑載體及高效復合材料，在凈化水甚至凈化空氣等環境污染治理上發揮重要作用，有廣闊的應用前景。

高超說：“最輕的密度只是碳氣凝膠材料的一個起點，將來具有更輕密度的材料將陸續出現。我們相信科學永遠不會是一本寫完了的書，每一項重大成就又會帶來新的課題，甚至產生新的領域，不斷推進科學的進步和技術的革新?！?/p>