这是什么神仙材料：比空气还轻 还能为“祝融号”遮风挡雨
来源：中国数字科技馆
咦，这是什么？好像冻住的烟！这不是烟而是一种固体，确切地说是世界上最轻的固体-气凝胶。对了，咱们中国此次首辆火星车"祝融号"携带的黑科技里面就有它。
这玩意很轻，但是隔热性能很好。并且用在太阳能面板上，还可以让火星车不容易粘灰。
那么问题来了：
气凝胶是什么？
它到底厉害在哪里？
它的制造难不难？
气凝胶发明
说起气凝胶的发明历史，不得不说是一次偶然，确切的说是美国人基斯特勒在1931年受果冻的启发而发明出来的。
果冻大家肯定都不会陌生，但是估计很少人会思考一个问题：哎，既然果冻的成分都是水，那么它里面的水怎么不会流出来？
其实果冻是一种水凝胶，所谓凝胶就是指溶胶失去流动性后，变成的一种富含液体的半固态物质。
它的原理是这样的：
果冻网格内的水分子是由表面张力拉住的，并且这种表面张力的大小，正好让水既无法挣脱又可以晃动，这样就会得到最终的成品果冻。
那如果把里面的液体抽出来，然后换成气体，会发生什么呢？
美国人基斯特勒就按照这个思路，经过无数次实验最终选择硅胶作为实验对象，利用超临界干燥法，去除了硅胶中的液体成分。
这个实验的高明之处在于，他先用酒精去替换水，再把酒精在超临界状态下转换成气体，然后再缓慢把酒精气体释放掉。此时由于没有液体引起的毛细管力作用，使得网格得以保持原来的结构。
从而成功地制成了世界上第一个真正意义上的气凝胶-二氧化硅气凝胶。
不得不说，这个方法确实巧妙！
气凝胶的产业化日趋成熟
气凝胶从发现至今已经经历过三次产业化，目前正处在第四次产业化浪潮的快速发 展中。气凝胶诞生于1931 年，由Steven.S.Kistler在Nature杂志上发表《共聚扩散 气凝胶与果冻》标志着气凝胶的发现。也正是 Kistler 首次通过乙醇超临界干燥技术， 制备出世界上第一块气凝胶—SiO2气凝胶。
第一次产业化发生在20世纪40年代早期，但是由于高昂的成本，第一次产业化最终失败。美国孟山都公司（MonsantoCorp.)与Kistler 合作生产名为Santocel 的气凝胶粉体，用来作化妆品、硅橡胶添加剂、凝固汽油增稠剂等。但因为高昂的制造成本及应用开发的滞后，孟山都公司于20世纪70年代终止了气凝胶项目。
第二次产业化浪潮中，出现了不同技术方向的典型代表。（1）1984年，瑞典Airglass公司使用甲醇超临界技术，该材料用于切伦科夫探测器；（2）1989年，美国Thermalux公司使用CO₂超临界技术，由于经营不善，项目终止；（3）1992年，德国Hoechst公司以常压干燥技术生产气凝胶粉体，推动其在隔热涂料、消光剂等多个领域的应用；（4）2003年，同济大学开始发表常压干燥的研究论文，中国技术工作者在常压干燥领域的投入逐步增多。
第三次产业化发生在21世纪初，在这次产业化中诞生了著名的Aspen Aerogel和Cabot公司。1999年美国Aspen Systems公司承接美国宇航局的课题，成功制备出纤维复合的气凝胶超级绝热材料。2001年正式成立了Aspen Aerogel公司进行气凝胶的商业化运作，开始将气凝胶绝热毡推广应用至航天军工、以及石化领域。由此开启了气凝胶材料第三次产业化浪潮，气凝胶终于找到了一个好的商业化产品模型。2003年全球领先的特种化学品和高性能材料公司Cabot通过兼并德国Hoechst，掌握了常压干燥制备SiO2 凝胶材料的生产技术，成立了气凝胶专业公司，主要产品为气凝胶粉体颗粒，作为涂料添加剂或采光玻璃中的填充层应用。2004 国内开始出现从事气凝胶材料产业化研究的企业。
第四次产业化主要发生在国内，随着气凝胶工艺成本的降低和产业规模的不断扩 ，一些新兴应用不断开发出来，气凝胶市场日益成熟。2010年开始，国内首批气凝胶生产企业陆续成功开拓了工业设备管道节能、新能源汽车安全防护、轨交车厢及船体防火隔热保温的应用市场。2017年，我国发布了《纳米孔气凝胶复合绝热制品》（GB/T34336-2017）国家标准；同年，气凝胶被列入国家重点节能低碳技术推 目录。2019 ，我国气凝胶产量7.82万立方米，2019年我国气凝胶市场规模约为11.23亿元。
气凝胶用处
那说了半天，气凝胶到底有啥用呢？
先总结下，气凝胶有三个优点：质量轻、隔热强、承受力大。
首先它的密度约为玻璃的千分之一，说它是世界最轻的材料一点也不夸张。其次气凝胶几乎能阻止热传递的所有途径，从而达到其他材料无法比拟的绝热效果，最后它可以承受相当于自身质量几千倍的压力。
可能你会说，这也没啥啊，"立柱顶千斤"的道理我还是懂的！但是如果了解过气凝胶的性质后，就会惊讶它的神奇！
正是由于气凝胶有这么多优点，所以被广泛用于各行各业。
比如在航空航天和国防军工领域，气凝胶可以作为飞机机舱的隔热层材料，也可作为核潜艇、蒸汽动力导弹驱逐舰的核反应堆，以及复杂的高温蒸汽锅炉系统的高效隔热材料。
此次中国的"天问一号"火星探测器和"祝融号"火星车，采用的是中国航天科工三院306所研发的气凝胶材料，而且用到了两种不同的材料，就是为了对抗火星"冰火两重天"的温度考验。
比如耐高温纳米气凝胶隔热组件用于，阻隔着陆发动机产生的高达1200℃的高温热流，保护着陆平台的正常功能。
而耐低温纳米气凝胶组件则用于"祝融号"火星车的表面，这样能够确保火星车在-130℃的环境正常工作。
同时“祝融号”还采用了铝蜂窝夹层、铝基碳化硅、复合纤维等多种新材料，它们能提升火星车的高耐磨性和稳定性。
并且它的基础零部件都实现了国产化，元器件国产化率也超过90%。
（文章来源： 52赫兹实验室，未来智库）