YouTube科學教育頻道「Veritasium」日前發布影片,介紹發明於1931年,目前是世上最輕、密度最小的固體「氣凝膠」(Aerogel),講解氣凝膠發明原因、製作過程、隔熱性實驗與當前的用途,在YouTube已達1000萬次觀看。

片中Veritasium創辦人穆勒(Derek Muller)拿著的氣凝膠質量僅1.22公克,在光照下接近透明,只比等量空氣的質量要重上幾倍。這塊氣凝膠有99.8%是空氣,有些太輕的氣凝膠一抽掉空氣,密度甚至會變得比空氣還要低。

 

氣凝膠的特性就是隔熱性絕佳,為此穆勒特別前往美國麻州波士頓的氣凝膠技術公司(Aerogel Technologies)進行驗證,將巧克力兔子分別放到玻璃培養皿與氣凝膠墊子上,接著用本生燈(Bunsen burner)進行高溫加熱。

實驗顯示,加熱才1分多鐘,玻璃培養皿上的巧克力兔子就開始融化、冒出白煙,逐漸從底端開始變成液態,加熱近150秒時,玻璃培養皿甚至因高熱而裂開。巧克力兔子隨即向側邊倒下,露出差不多已經變成中空的底部。

接著換氣凝膠墊子登場,加熱近3分鐘的巧克力兔子仍沒有溶化跡象,熱像儀則可見到巧克力兔子周圍開始變熱,但緊貼氣凝膠墊子的底部沒有變化。直到4分鐘出頭,巧克力兔子才開始變軟,穆勒大膽用手指碰觸氣凝膠墊子,感覺也只是變暖。直到接近6分整時,巧克力兔子才因重心不穩摔下氣凝膠墊子。

根據克努曾效應(Knudsen effect),在奈米級多孔材料中,熱很難在氣凝膠下的空氣分子快速移動,也就不容易擴散穿越,將熱傳導到頂部,這讓氣凝膠成為優質的隔熱體,不因為成分為九成九的空氣,就代表熱學性質相同,反而比空氣有更好的隔熱性。

美國聯邦航太總署(NASA)將氣凝膠隔熱體用在多輛火星漫遊車上,避免電子元件在火星地表的夜晚變冷。同時, 氣凝膠也因低密度等特性,被用於捕捉彗星塵。目前科學家則致力於降低氣凝膠的成本,同時改善缺陷。

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