氣凝膠是20世紀(jì)30年代由一位名叫契史特勒（Samuel Kistler）的美國(guó)人發(fā)明的。他發(fā)明氣凝膠純粹出于對(duì)果凍的興趣。
果凍是什么？
果凍不是液體，但也不算固體，Samuel Kistler認(rèn)為果凍是困在固體里的液體，但這個(gè)固體監(jiān)獄的鐵柵是細(xì)到看不見(jiàn)的網(wǎng)格。明膠分子入水后會(huì)先分解再連成網(wǎng)狀，把液體鎖住讓它無(wú)法流動(dòng)。因此，果凍基本上就像灌了水的氣球，只不過(guò)它并非靠外層的薄膜把水困住，而是從里面讓水不能流動(dòng)。
果凍網(wǎng)格內(nèi)的水分子是由表面張力拉住的。水會(huì)潤(rùn)濕其他物體，形成水滴和附著在其他東西上，這都是表面張力的作用。果凍網(wǎng)格內(nèi)的表面張力強(qiáng)度剛好，既讓水無(wú)法掙脫，又可以晃動(dòng)，所以果凍才會(huì)那么柔軟又有彈性，有那么奇特的口感。果凍幾乎百分之百是水，熔點(diǎn)為35℃，因此一放入口中，明膠網(wǎng)格就會(huì)瓦解，讓水迸射而出。所以說(shuō)果凍是困在固體網(wǎng)格內(nèi)的液體。
實(shí)驗(yàn)顯示，果凍內(nèi)的液體是連成一體的，而非分成小塊，而且可以替換成其他液體，因此，用涵蓋范圍更廣的“膠體”一詞取代果凍，表示所有類(lèi)似膠體的物質(zhì)都有這個(gè)特性，從非常接近固體的物質(zhì)到非常接近液體的物質(zhì)都是如此，發(fā)膠、雞高湯和凝固中的水泥（網(wǎng)格由硅酸鈣原纖維組成）無(wú)一例外。
如果用氣體替換膠體中的液體呢？
通過(guò)蒸發(fā)來(lái)去除膠體內(nèi)的液體是不可行的，蒸發(fā)一定會(huì)導(dǎo)致膠體萎縮，當(dāng)液體因蒸發(fā)而流失，原本支撐膠體的表面力反而會(huì)把膠體撕裂，固體結(jié)構(gòu)會(huì)大受損害，導(dǎo)致膠體崩塌。
但只要把膠體放到高壓釜里，注入該液體并把溫度提高到液體的臨界溫度之上，壓力維持在蒸汽壓以上，就能阻止液體蒸發(fā)，而膠體也不會(huì)因?yàn)楸砻婷?xì)力而收縮。高壓釜內(nèi)壓力只要夠大，膠體內(nèi)的液體就算超過(guò)沸點(diǎn)也不會(huì)蒸發(fā)，只要把膠體的溫度提高到“臨界溫度”之上，使氣體和液體的密度及結(jié)構(gòu)相同，兩者就不會(huì)有任何區(qū)別，膠體內(nèi)的液體就會(huì)直接變成氣體而不受蒸發(fā)的過(guò)程破壞。
這個(gè)做法的天才之處在于：膠體內(nèi)新形成的氣體受制于高壓釜里的高壓而無(wú)法掙脫，使得膠體內(nèi)的固體結(jié)構(gòu)得以維持。
剩下要做的只是讓氣體散逸，留下體積不變的共聚氣凝膠。
然而這樣得到的膠體固體結(jié)構(gòu)非常輕盈、脆弱，其實(shí)就是泡沫。若膠體不是由明膠構(gòu)成，而是更堅(jiān)固的物質(zhì)，固體結(jié)構(gòu)或許就會(huì)更強(qiáng)韌。于是Samuel Kistler選擇了玻璃的主要成分，制造出了以二氧化硅為固體結(jié)構(gòu)的膠體，接著再按先前的程序去除膠體中的液體，制造出了世界上最輕的固體：二氧化硅氣凝膠。
二氧化硅氣凝膠的外表非常詭異
二氧化硅氣凝膠的外表非常詭異，放在暗色前（如上圖）會(huì)呈藍(lán)色，放在淺色前卻幾乎消失不見(jiàn)。它雖然不像玻璃那么透明，卻比玻璃更隱形、更難看見(jiàn)。光穿透玻璃時(shí)會(huì)微微偏斜，也就是折射。氣凝膠的物質(zhì)含量極少，因此光穿透時(shí)幾乎不會(huì)偏折。同理，氣凝膠的表面幾乎不會(huì)反射光線，而且由于密度極低，所以沒(méi)有明顯的邊角，實(shí)在不算是真正的固體，當(dāng)然它確實(shí)是固體。氣凝膠內(nèi)的固體結(jié)構(gòu)和泡沫的結(jié)構(gòu)差不多，只有一點(diǎn)非常不同，就是氣凝膠里所有的孔洞都連在一起。由于孔洞極多，二氧化硅氣凝膠99.8%是空氣，密度只約略大于空氣的三倍，基本上等于沒(méi)有重量。
二氧化硅氣凝膠99.8%是空氣
手里拿著一塊氣凝膠，其實(shí)就等于握著一大片天空
氣凝膠還有很多有趣的特性，下次的系列文章將給大家詳細(xì)介紹這種“天空材料”的性質(zhì)以及應(yīng)用，敬請(qǐng)期待~ε=ε=ε=(~￣▽?zhuān)?~
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