美國(guó)國(guó)家宇航局在2002的時(shí)候，成立了一家專門生產(chǎn)氣凝膠的公司，只要在宇航服里加入一層氣凝膠，宇航員穿上它進(jìn)行火星探險(xiǎn)不在話下。

那么氣凝膠是個(gè)啥東西，真有這么厲害嗎？

我國(guó)有沒有跟上研究的步伐呢？

2001年4月7日，美國(guó)向火星發(fā)射“奧德賽”號(hào)軌道飛行器，這次任務(wù)難度不大，但是探索成果突出，它的觀測(cè)數(shù)據(jù)幫助科學(xué)家在火星上找到了水的存在。

這一發(fā)現(xiàn)讓全世界興奮起來(lái)，而美國(guó)也把載人登陸火星計(jì)劃加緊籌劃起來(lái)，但是登陸火星跟載人登月比起來(lái)簡(jiǎn)直是史詩(shī)級(jí)的難度。

要想把宇航員送上火星，首先就要給宇航服減重。

為了保障宇航員在外太空的安全，宇航服需要做到防輻射、供氧、熱絕緣、抗低溫、調(diào)節(jié)內(nèi)部溫度和提供標(biāo)準(zhǔn)大氣壓等功能，跟一個(gè)人形載人飛船差不多。所以宇航服制造難度大，造價(jià)非常昂貴，美國(guó)在阿波羅時(shí)代設(shè)計(jì)的月球宇航服，一套價(jià)值大約為14億人民幣。

除了貴就是笨重，這樣一套航天服重達(dá)180斤，宇航員穿上它也就在月球上能走動(dòng)，在地球上別說(shuō)邁出“一小步”了，站起來(lái)都費(fèi)勁。

原因就在月球的引力只有地球的六分之一，所以宇航員負(fù)重感并不強(qiáng)而火星的引力大約是月球的兩倍，這其中的差距就等于是負(fù)重30斤和負(fù)重60斤的區(qū)別。

所以宇航員穿登月宇航服，是沒辦法在火星上進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的任務(wù)。

雖然火星的環(huán)境要比月球好太多，但空氣稀薄輻射大，而且沒有氧氣，晝夜溫差達(dá)到60度左右，所以宇航服要減重，還不能減少功能。

那么只能從材料入手給宇航服減重，美國(guó)科學(xué)家聲稱，宇航員將穿上用新型氣凝膠宇航服進(jìn)行火星探險(xiǎn)，這種新型宇航服能承受1200度的高溫，和零下130度的低溫。

美國(guó)雖然是個(gè)搞霸權(quán)的國(guó)家，但是在科技這塊從來(lái)不含糊，氣凝膠還真是航空航天領(lǐng)域的黑科技。

氣凝膠是一種乳白色的固體材料，內(nèi)部空間呈納米級(jí)網(wǎng)狀孔隙結(jié)構(gòu)，填充介質(zhì)是空氣，說(shuō)白了就是固體物質(zhì)包裹著一團(tuán)特殊狀態(tài)的空氣。

而熱傳導(dǎo)中導(dǎo)熱系數(shù)最小的就是空氣，再加上氣凝膠內(nèi)部的特殊結(jié)構(gòu)，使導(dǎo)熱性能進(jìn)一步下降，所以它是絕佳的隔熱材料，一塊一厘米厚的氣凝膠，相當(dāng)于10塊普通玻璃的隔熱效果。

而且氣凝膠密度低質(zhì)量輕，目前最輕的氣凝膠空氣含量達(dá)99%以上，幾乎跟空氣的重量沒啥區(qū)別了。

這些特殊結(jié)構(gòu)的空氣對(duì)陽(yáng)光散射比較小，所以氣凝膠在陽(yáng)光下就像藍(lán)色的煙霧，一陣風(fēng)就能把它吹走。但是你絕對(duì)想不到，看似輕薄如煙的氣凝膠，其實(shí)能承受自身質(zhì)量幾千倍的壓力。

氣凝膠的特性總結(jié)下來(lái)就是質(zhì)量輕、熱絕緣和抗壓性能強(qiáng)，用氣凝膠做宇航服，在保證安全性的前提下，還可以大幅度減重，提升宇航員的舒適度。

不過(guò)氣凝膠宇航服還排不上用場(chǎng)，美國(guó)火星探測(cè)器已經(jīng)成功登陸火星好幾次，但是想要把人送上火星，起碼還得等個(gè)10年以上。

要知道任何航天任務(wù)只要多個(gè)活人，任務(wù)難度直接翻幾倍，在不考慮安全性的前提下，燃料就是個(gè)大問題。

阿波羅登月的運(yùn)載火箭是土星五號(hào)，起飛重量就達(dá)到了3400噸，其中燃料就占到了90%。這還是登月計(jì)劃，要是載人登陸火星，這點(diǎn)燃料只夠零頭的。

雖然新型宇航服還排不上用場(chǎng)，但氣凝膠憑著優(yōu)異的隔熱性能，已經(jīng)走出了實(shí)驗(yàn)室被應(yīng)用到各行各業(yè)，比如在航空航天和國(guó)防軍工領(lǐng)域，氣凝膠可以作為飛機(jī)機(jī)艙的隔熱層，也可作為高溫蒸汽鍋爐系統(tǒng)的高效隔熱材料。

氣凝膠也是各行各業(yè)的新材料，把它加入到其他金屬或者紡織品等材料中，就如同有魔法一樣，將這些傳統(tǒng)材料全面加強(qiáng)。

比如氣凝膠被壓縮后會(huì)迅速恢復(fù)原狀，加上內(nèi)部的孔狀結(jié)構(gòu)，讓其具有強(qiáng)大的吸附能力，可以作為理想的新型吸附材料，不但可以吸附油污、有毒氣體，還可以吸附水中的鉛、水銀等重金屬，可以用來(lái)治理水源污染等問題。

因其優(yōu)異的熱絕緣性能，不少?gòu)S家研制出一系列戶外御寒用具，比如登山運(yùn)動(dòng)員的鞋墊和睡袋，高端化妝品行業(yè)也將氣凝膠添加到面霜等護(hù)膚產(chǎn)品中。除此之外還被應(yīng)用到化學(xué)、建筑工業(yè)、電池電力行業(yè)等等各行各業(yè)。

國(guó)際頂尖權(quán)威學(xué)術(shù)雜志《科學(xué)》，曾羅列出可以改變世界的十大新材料，其中氣凝膠獨(dú)占10多項(xiàng)世界紀(jì)錄，位居十大新材料之首。

然而就這么一種神奇的新材料，它被發(fā)明出來(lái)源于一場(chǎng)賭約。1931年，美國(guó)教授奇德勒和同事打了個(gè)賭，看誰(shuí)可以把果凍中的液體換成氣體，并且還要保證固體狀態(tài)。

果凍其實(shí)就是一種水凝膠，這是一種極為親水的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)凝膠，能保持大量的水分而不溶解，含水量可以高達(dá)99%，使其彈性十足又能保持固態(tài)。

如何把這些水分替換成空氣呢？教授先用酒精替換掉果凍里的水，然后把酒精果凍放入高壓滅菌器里，加熱到果凍內(nèi)部酒精氣化的臨界點(diǎn)，酒精就會(huì)變成半液半氣狀態(tài)，專業(yè)術(shù)語(yǔ)叫“超臨界流體”。

這時(shí)果凍的固體骨架察覺不到酒精在氣化，也就是通常說(shuō)的“趁它不注意的時(shí)候”。最后讓多于的氣體逸出就得到了氣凝膠，教授用這種方法制備了各種材質(zhì)的氣凝膠，并將研究結(jié)果發(fā)表在《自然》雜志上。

但是不管氣凝膠在后來(lái)多么有研究?jī)r(jià)值，它在問世之初并沒有得到反響，甚至在之后的30年里，氣凝膠的基礎(chǔ)研究和實(shí)際應(yīng)用都是處于停滯的狀態(tài)，最多也就是當(dāng)做牙膏的添加劑。

直到法國(guó)火箭專家在1970年的時(shí)候，為了制造火箭燃料存儲(chǔ)材料，在奇德勒教授的研究基礎(chǔ)上，改進(jìn)了氣凝膠制備方法，用甲醛代替酒精，制造出高質(zhì)量的硅氣凝膠，而且時(shí)間也快上不少。

這一次的技術(shù)改進(jìn)讓氣凝膠走進(jìn)實(shí)際應(yīng)用，也讓更多的人參與到研究當(dāng)中。有了實(shí)驗(yàn)室、實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)以及任務(wù)目標(biāo)，氣凝膠的研究在此后20多年里，搭上了發(fā)展的快列車。

作為科學(xué)界的常青樹，美國(guó)肯定又是領(lǐng)先世界，把氣凝膠在航天領(lǐng)域運(yùn)用到了極致，2006年，美國(guó)“星塵號(hào)”飛船飛回地球，還攜帶這人類獲得的彗星星塵樣品。

但要收集彗星星塵并不容易，盡管它們的體積比沙子還小，但是其速度比子彈快六倍，以此速度接觸到其它物質(zhì)時(shí)，都會(huì)使自身的分子機(jī)構(gòu)發(fā)生改變，甚至被高溫蒸發(fā)掉。而氣凝膠可以完美解決這個(gè)問題，它就像一個(gè)棒球手套，可以有效削減星塵的速度，并讓這些塵埃滯留在氣凝膠內(nèi)，科學(xué)家最后可以根據(jù)撞擊軌跡找到這些彗星微粒。

早在1997年的時(shí)候，美國(guó)就首次把氣凝膠用到了火星探測(cè)器上，從此氣凝膠成為航空航天領(lǐng)域里，不可替代的隔熱材料，今年登陸火星的美國(guó)“毅力號(hào)”火星車，也離不開氣凝膠的保駕護(hù)航。

火星著陸器在進(jìn)入火星大氣層后，由于速度太快會(huì)和空氣摩擦產(chǎn)生高溫，內(nèi)部精密儀器被高溫破壞的話，著陸器很有可能變成一顆流星燒毀，或者失去控制像打水漂一樣被彈出火星大氣層。

所以隔熱罩里面就添加了氣凝膠，它優(yōu)異的熱絕緣性能可以有效保護(hù)內(nèi)部的科學(xué)儀器，讓著陸器安全抵達(dá)火星表面。而且由于火星的惡劣環(huán)境，火星車也需要一套定制的“宇航服”，因?yàn)槌蜏丨h(huán)境很可能讓火星車“趴窩”。

比如我國(guó)的“祝融號(hào)”火星車采用的是低溫納米氣凝膠材料，主要用于“祝融號(hào)”的表面，即使超低溫度環(huán)境下火星車也可以正常工作，而且氣凝膠的質(zhì)量很輕，幾乎不會(huì)增加火星車的載荷。

那么像這么能改變世界的新材料，世界各國(guó)都在加大力度研發(fā)生產(chǎn)，21世紀(jì)后，氣凝膠的研究主要集中在歐美和日本等國(guó)家，美國(guó)則是一家獨(dú)大，全球氣凝膠年產(chǎn)量不足10萬(wàn)立方米，但有65%都在美國(guó)。

我國(guó)氣凝膠研發(fā)起步雖然比較晚，從90年代才開始投入研發(fā)，但是也突破了技術(shù)限制，祝融號(hào)火星車所使用的氣凝膠，是由中國(guó)航天科工三院306所研發(fā)的。

而浙江大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)研制的超輕氣凝膠，直接刷新了目前世界上最輕材料的紀(jì)錄，它被稱為“全碳?xì)饽z”，密度比氦氣還低，僅為空氣的17%，質(zhì)量只有每立方厘米1.6毫克。

作為世界公認(rèn)的十大新材料之首，氣凝膠擁有無(wú)限廣闊的應(yīng)用前景，或許在不久的將來(lái)，我們就能住上不用安裝空天的氣凝膠墻面的房子，在冬天可以防止屋內(nèi)熱量流失，在夏天可以阻隔熱氣進(jìn)入屋內(nèi)。

隨著科學(xué)家們不斷研發(fā)，提高氣凝膠的性能和簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程，相信這一天會(huì)很快到來(lái)！