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从最巨大的轮船、飞机到最微小的纳米机器人，从最坚硬到最柔软的材料……人类一直在努力创造着、打破着各种世界之最。这不，2013年，“世界上最轻的材料”这一纪录被我国科学家打破后，2015年，我国再次刷新纪录，制造出0.12毫克每立方厘米的最轻材料。那么，这些超轻的材料有什么作用呢？
凝固的烟
这种世界上最轻的材料叫气凝胶。气凝胶其实并不是最近才有，早在1931年，人们就用二氧化硅制造出了它。气凝胶的内部有很多孔隙，孔隙里面充满空气，所以非常轻。为了形容它的轻，人们还给它取了一个外号——凝固的烟。
图为气凝胶
2011年，美国科学家以镍材料做出的气凝胶，成为了当时世界上最轻的材料。在真空中，1立方厘米的这种气凝胶只有0.9毫克重，比空气还要轻。
把这种用镍做成的气凝胶放在蒲公英上，柔软的绒毛几乎没有变形。
然而，作为世界上最轻的材料，它的纪录还没保持多久，就被打破了。2012年，英国和德国的几位科学家研制出了全球最轻的气凝胶，他们还给这种气凝胶取了一个非常酷的名字，叫作“飞行石墨”。1立方厘米的“飞行石墨”只有0.18毫克重，虽然它看起来像一块黑色不透明的海绵，但海绵可比它重多了，在体积上，“飞行石墨”几乎是由99.99%的空气构成的。
“飞行石墨”这种气凝胶还不沾水。
超轻“碳海绵”
科技发展日新月异，在世界最轻材料的排行榜里，“飞行石墨”坐在第一名的位置上，结果它屁股还没坐热，就被另一种新型的气凝胶给挤了下来。2013年3月，我国浙江大学的一个研究小组，利用碳纳米管和石墨烯制备出了一种超轻气凝胶，取名为“碳海绵”。它有多轻呢？在真空中，1立方厘米的碳海绵只重0.16毫克，而相同体积普通空气的重量是它的7倍左右，比同体积的氦气还要轻。
100立方厘米大小的碳海绵“踩”在狗尾巴草上，纤细的绒毛几乎没有被压弯
碳海绵如此的轻，它是怎么做出来的？
在电子显微镜下，可以看到碳海绵里面有大量的碳纳米管和石墨烯，正是这两种物质共同支撑起了那无数个小孔隙。就像大型的体育场馆一样，先用钢筋做支架，再用高强度的薄膜做墙壁。而碳海绵，就是利用碳纳米管做支架，石墨烯做墙壁。
以前，科学家虽然能制备气凝胶，但由于工艺的缘故，难以批量生产。而现在，我国发明的新工艺，可以批量生产碳海绵。
图为实验室里面有很多这样的碳海绵。
纤维气凝胶
追求最轻的材料，科学家们没有止步。2015年，我国东华大学的俞建勇院士、丁彬教授带领的纳米纤维研究团队在超轻纤维材料研究上获新成果，他们利用普通纤维膜材料开发出了一种超轻、超弹的纤维气凝胶，经中国计量认证结果显示，这种纤维气凝胶的固态材料密度仅为0.12毫克每立方厘米。这比我国之前研制的碳海绵还要轻0.04毫克每立方厘米。
最轻材料可以用来做什么
一、清理石油污染
气凝胶所采用的材料不同，用途也会不同。像浙江大学研制的那种名叫碳海绵的气凝胶，不仅制备方法上取得了突破，碳海绵还表现出了优越的性能。
碳海绵的弹性很好，被压缩80%后还可以恢复原状。它对油具有超快、超高的吸附力，是目前吸油能力最强的材料。现在的吸油产品，一般只能吸收自身重量10倍左右的油，而碳海绵的吸油量是它自身重量的250倍，最高可达900倍，神奇的是，碳海绵只吸油不吸水。另外，它吸油的速度非常快：每克碳海绵每秒可以吸收68.8克油。说到这里，很多人已经想到了碳海绵的用武之地，那就是清理海上的石油污染。海面被石油污染的时候，把碳海绵撒在海面上，它们就会源源不断地把周围的漏油迅速地吸进自己的身体。
二、吸附星际尘埃
处理石油污染只是碳海绵的一个用处，早在1999年，美国航空航天局就利用气凝胶的特性，用它来吸附星际尘埃。
图为美国“星尘号”探测器，主要目的是探测维尔特二号彗星。1999年2月7日由NASA发射升空。返回舱于2006年1月15日在美国犹他州着陆。
在“星尘号”上，安装有一个气凝胶样品采集器，主要用来吸附彗星尘埃和星际尘埃。
图为带有气凝胶样品采集器。
当“星尘号”探测器穿过彗星尘埃时，彗星尘埃的速度很快，约为6.1千米每秒，这差不多是步枪子弹初速的9倍。如果用常规方法收集这些尘埃粒子，由于过快的冲击速度，彗星尘埃的的外形和化学结构会发生变化，有的甚至会完全被汽化。
为了在收集时不破坏它们，气凝胶样品采集器使用了硅基固体材料，内部有海绵那样的多孔结构，99.8％的空间被真空填充，当尘埃颗粒撞上气凝胶后，其减速并最终停止的过程就像飞机在跑道上滑行制动减速一样。
图为气凝胶样品采集器所黏着上的尘埃。
三、隔热和隔音
气凝胶固有的特性使它们还能成为绝好的隔热（保温）和隔音材料。
图中的气凝胶用二氧化硅做成，在下方火焰的烧烤下，上方的的花朵无损，气凝胶表现出了强大的隔热性能。
图中的黑色材料也是气凝胶，一个人把其顶在头上，上方用火焰喷枪烧烤，图中可见，气凝胶的表面已经变红，而下方的人员无恙。
除了成为最理想的保温隔热材料，气凝胶还是很棒的吸音材料。比如我国2015年研制的这种纤维气凝胶，它可以在100-6300Hz宽频段内的高效吸音。
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