本專欄是材料學科著名的入門科普讀物——《迷人的材料》的精華提煉，作者將原書18萬字閱讀多遍并濃縮至9千字，每節介紹一種材料和它背后的故事，共10節，適合中國讀者閱讀習慣，可節約大量時間，幫助您快速理解材料科學概念。
這是個有趣的問題，其實果凍既不是是固體也不是液體，果凍是困在固體網絡里的液體，只不過這個固體監獄網絡的鐵欄桿太細了，細得根本看不見。
食用膠里的網絡是由長串的明膠分子組成的，其實明膠就可以理解為咱們常說的“膠原蛋白”，絕大多數的結締組織者是由膠原蛋白組成的，比如跟腱/皮膚/軟骨等。
果凍是困在固體網絡里的液體
明膠分子長夜漫漫后會先分解再連成網絡，把液體鎖住讓它無法流動；所以，果凍就像是灌了水的氣球，只不過它并非靠外層的薄膜把水困住，而是從里面形成一個網絡讓水不能流動。
果凍里的明膠網絡雖然布滿了整個體積，但其實它的占比非常之少，而且到達約35攝氏度時，明膠網絡就會瓦解，水就迸射而出，正所謂“入口即化”。
<Nature>雜志是科學界最著名的期刊之一，1931年，科學家契史特勒發表了題為《共聚擴散氣凝膠與果凍》，它的開篇就這樣寫——
果凍內液體的連續性展現在擴散/脫水及超濾，而且可由其他性質不同的液體替換，清楚表示膠體結構和內部的液體可能是互相獨立的。
啥意思？
就是說，果凍內的液體其實是連成一體的，而且與網絡之間相互獨立。
從此以后，我們才使用“膠體”一詞用來取代“果凍”來表示所有擁有類似特性的物質，比如發膠甚至凝固中的水泥，關于水泥可以見：
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能！
其實，最開始大家覺得不能，是因為想讓液體通過蒸發的方式出來，但是蒸發過程中內部固體結構直接塌掉了，縮成了薄片，完全不是原來的形狀了。
契史特勒在這里顯示了他的天才，他的思路是保留膠體內的液體，然后用氣體去代換，用氣體的壓力來支撐住固體結構。
首先要知道，蒸發一定會導致膠體萎縮的，所以要把膠體放到高壓環境，當壓力足夠大時，液體就算超過沸點也不會蒸發。
這時，再把溫度提高到所謂的“臨界溫度”之上，可以保證氣體與液體的密度是相等的，也就是說，膠體內的液體會直接變成氣體，而膠體結構本身“不會知道”液體已經變成氣體了。
太天才了！
下面只需要讓氣體自己散逸，剩下的體積沒有變化的部分被稱為“氣凝膠”。
可以認為氣凝膠的本質就是一種發泡材料，只不過這里的“泡”是微觀的。
這種方法能做出各種材料的“氣凝膠”，比如二氧化硅/氧化鋁/灑石酸鎳/氧化錫/明膠/瓊脂/三氧化鎢/硝化纖維/纖維素/等等，而“二氧化硅氣凝膠”就是世界上最輕的固體。
“二氧化硅氣凝膠”中99.8%是空氣，整體密度只有空氣的三倍左右，基本上相當于沒有重量。
誰能說清這個神奇的“二氧化硅氣凝膠”到底是什么顏色的？
它在暗色前會呈現藍色，而在淺色前面就幾乎是消失不見了！
為啥是藍色？
其實，這就跟天空為什么是藍色完全是同一個道理，來源于一個現象叫做“瑞利散射”，就是陽光在大氣層里反彈了許多許多次后，只剩下了容易散射的波長較長的藍色光，所以當你手中拿著一塊氣凝膠時，感覺就如同拿著一小片天空。
什么材料的隔熱效果最好？其實，無論什么材料，都是由熱傳導系數決定的，然而，氣凝膠材料獨特的發泡結構，使得熱量需要經過網絡結構，再經過空氣，再經過網絡結構，再空氣，這樣一次次的阻礙使得熱量傳過去太費勁了，這也正是我們常說的聚氨酯發泡隔熱板的原理。
一塊氣凝膠下面放一個煤氣燈，它上面放一朵花，幾分鐘后，花朵依然芬芳如故，可見隔熱之強。
下面讓我們來一起思考一個航天問題吧，假設我們現在要完成這樣一個目標，要去捕捉太空中的顆粒物，也就是一些塵埃，并帶回地球，怎么做呢？
有人說做一個瓶子去裝，可是太空塵的速度一種為每秒5公里呢，比子彈還快，要么收集器被擊破，要么塵粒被擠碎；有人說用一塊大海綿吧，這樣可以起到緩沖的作用，塵埃又可以很好的進入孔隙中，非常聰明已經接近了，只是海綿的緩沖作用還不足夠讓塵埃快速靜止下來，另外呢，塵埃收集以后，還需要觀察啊，難道再把海綿打開將塵埃取出么？
氣凝膠最終解決了這個問題，使用氣凝膠制作的像網球拍一樣的收集器，最終滿足了所有要求，它首先有足夠多的網絡結構，使得塵埃迅速靜止下來，另外又是透明的，返回地球后方便科學家們觀察分析。
