可承受極端溫度的超輕質陶瓷材料

朱崇愷

氣凝膠是目前已知密度最低的物質之一。盡管氣凝膠里有個膠字，但它其實是堅硬而干燥的物質，其物理性質與膠體一點也不類似。被稱為膠是由于它的制造是由氣體取代液體在凝膠中的位置而成。

盡管其體積的99%以上是空氣，但氣凝膠結構堅固。它們可以由許多類型的材料制成，包括陶瓷、碳或金屬氧化物。氣凝膠還是優良的熱絕緣體，幾乎能阻絕三種傳熱方式（熱傳導、熱對流、熱輻射）中的兩種帶來的熱量轉移。與其他絕緣體相比，陶瓷基氣凝膠在阻擋極端溫度方面更有優勢，并且具有很強的耐火和耐腐蝕性—自20世紀90年代以來，陶瓷氣凝膠就一直被用于工業設備的隔熱中，甚至美國國家航空航天局的火星探測器中科學設備的隔熱也是由陶瓷氣凝膠完成的。但是，目前的陶瓷氣凝膠非常易碎，當反復暴露于極端高溫和劇烈的溫度波動之后很容易破裂，而這兩種情況在太空旅行中都很常見。

?放在花蕊上的陶瓷氣凝膠

加州大學洛杉磯分校和其他八個研究機構的研究人員合作研發了一種極輕、耐用的陶瓷氣凝膠，這種新材料由氮化硼薄層制成。普通陶瓷氣凝膠材料通常在加熱時膨脹，在冷卻時收縮。隨著時間的推移，那些反復的溫度變化會導致這些材料破裂并最終失效。而新的氣凝膠的設計則相反，它在加熱時收縮而不是膨脹—從而更耐用。