气凝胶

一塊ひとかたまり重じゅう2.5公おおやけ斤きん的てき磚頭由よし一塊ひとかたまり重じゅう2克かつ的てき氣き凝しこり膠にかわ支ささえ撐着

氣き凝しこり膠にかわ氣き凝しこり膠にかわ是ぜ世界せかい上じょう已やめ知ち密度みつど最低さいてい的てき人造じんぞう發泡はっぽう物質ぶっしつ。它的製造せいぞう是ぜ將しょう氣體きたい取と代がわ液體えきたい在ざい凝しこり膠にかわ中なか的てき位置いち而成，而如此做出で的てき結果けっか造みやつこ就了擁よう有數ゆうすう種しゅ傑出けっしゅつ特性とくせい的てき極ごく輕けい物質ぶっしつ。其中最さい引人注目ちゅうもく的てき是ぜ它良好りょうこう的てき隔へだた熱ねつ能力のうりょく。這樣的てき物質ぶっしつ擁よう有ゆう許多きょた俗名ぞくみょう與あずか暱稱，如：凍結とうけつ的てき煙霧えんむ(frozen smoke)、固かた態たい的てき煙霧えんむ(solid smoke)、固かた態たい的てき空氣くうき(solid air)、藍あい煙けむり(blue smoke)、舊きゅう金山かなやま之これ霧きり(San Fransisco fog)…等とう，而這些都源げん自じ於他的てき透明とうめい性せい與あずか物質ぶっしつ中ちゅう的てき光線こうせん散ち射い能力のうりょく。不ふ過か，這種物質ぶっしつ的てき觸感しょっかん卻像是ぜ聚苯乙おつ烯一般いっぱん。

Samuel Stephens Kistler在ざい1931年ねん發明はつめい氣き凝しこり膠にかわ。而這一切是因為他與Charles Learned之の間あいだ的てき賭と注ちゅう，競爭きょうそう看み誰だれ有ゆう辦法將しょう凝しこり膠にかわ裡うら的てき液體えきたい成分せいぶん用よう氣體きたい取と代だい卻不使し發泡はっぽう的てき間あいだ壁かべ收縮しゅうしゅく崩くずし塌。最後さいごKistler辦到了りょう。

氣き凝しこり膠にかわ藉由臨界りんかい乾燥かんそう法ほう將はた凝しこり膠にかわ裡うら頭あたま的てき液體えきたい成分せいぶん抽出ちゅうしゅつ。這種方法ほうほう會かい令れい液體えきたい緩慢かんまん的てき被ひ脫出だっしゅつ，但ただし不ふ至いたり於使凝しこり膠にかわ裡うら的てき固體こたい結構けっこう因いん為ため伴とも隨ずい的てき毛もう細作さいさく用よう被ひ擠壓破碎はさい。世界せかい上じょう第だい一個氣凝膠體的主要成分是矽膠。Kistler隨ずい後ご又また造みやつこ出で了りょう以鋁、鉻、氧化錫すず為ため基礎きそ物質ぶっしつ的てき凝しこり膠にかわ。第だい一いち個こ碳凝しこり膠にかわ體たい則のり遲おそ至いたり1980年代ねんだい以後いご才ざい被ひ開發かいはつ。

性質せいしつ

此物質ぶっしつ極ごく輕けい。其密度みつど大約たいやく為ため3mg/cm3僅僅きんきん為ため空氣くうき的てき三さん倍ばい重じゅう。(由ゆかりLarry Hrubesh領りょう導しるべ的てきLLNL實驗じっけん室しつ首くび先さき製せい備出世界せかい上じょう密度みつど最小さいしょう的てきCO2氣き凝しこり膠にかわ)

儘管氣き凝しこり膠にかわ裡うら有ゆう個こ膠にかわ字じ，但ただし它其實じつ是ぜ堅けん硬かた而乾燥かんそう的てき物質ぶっしつ，就其物理ぶつり性質せいしつ與あずか膠にかわ體たい一いち點てん也不類似るいじ。被ひ稱しょう為ため膠にかわ是ぜ由よし於它的てき製造せいぞう過程かてい提ひっさげ取ど於凝膠にかわ。提起ていき指ゆび尖とんが輕輕かるがる在ざい凝しこり膠にかわ表面ひょうめん按壓一下並不會留下痕跡；如果以加重かじゅう的てき力ちから道どう按壓會かい造成ぞうせい永久えいきゅう的てき凹陷；而加上じょう足あし夠的力量りきりょう會かい讓ゆずる它如玻璃はり般破碎散落成らくせい塊かたまり。這個便びん是ぜ我わが們所知道ともみち的てき易えき脆性ぜいせい。

雖然它具有ぐゆう破碎はさい的てき傾向けいこう，但ただし是ぜ以結構來說せつ它仍是非ぜひ常つね堅固けんご的てき。它優秀ゆうしゅう的てき負まけ載の能力のうりょく是ぜ源げん於其分子ぶんし的てき組成そせい：大約たいやく尺寸しゃくすん為ため2到いた5奈米的てき球形きゅうけい聚合粒子りゅうし互相結合けつごう成なり一いち個個ここ小しょう單元たんげん，進しん而組合成ごうせい樹き突狀じょう的てき微ほろ觀かん立體りったい結構けっこう。這些小しょう單元たんげん會かい形成けいせい碎形鏈狀的てき三さん維結構けっこう，其間充塞じゅうそく著大ちょだい量的りょうてき孔あな洞ほら，每まい個こ孔あな洞ほら尺寸しゃくすん不ふ大だい於100奈米。而這些孔洞ほら的てき聚集密度みつど以及個別こべつ的てき平均へいきん大小だいしょう能のう夠經由けいゆ製造せいぞう過程かてい加か以控制せい。

氣き凝しこり膠にかわ是ぜ優良ゆうりょう的てき熱ねつ絕緣ぜつえん體たい，他た們幾乎能阻絕由よし三さん種しゅ傳つて熱ねつ方式ほうしき(熱ねつ傳導でんどう、熱ねつ對流たいりゅう、熱ねつ輻射ふくしゃ)帶たい來らい的てき熱量ねつりょう轉移てんい。凝しこり膠にかわ中ちゅう空氣くうき的てき成分せいぶん比例ひれい至いたり少しょう佔99.8%以上いじょう，而空氣き為ため熱ねつ的てき不ふ良導體りょうどうたい，故こ它們是ぜ好このみ的てき熱ねつ傳導でんどう隔絕かくぜつ材料ざいりょう。矽凝膠にかわ，由ゆかり於矽也為熱ねつ的てき不ふ良導體りょうどうたい，其隔絕かくぜつ性能せいのう又また更さら加か良好りょうこう了りょう。(不ふ過か金屬きんぞく凝しこり膠にかわ在ざい作為さくい絕緣ぜつえん體たい的てき用途ようと時じ就不是ぜ那な麼有效ゆうこう)就熱對流たいりゅう的てき方式ほうしき而言，因いん為ため空氣くうき無法むほう跨またが越えつ凝しこり膠にかわ表面ひょうめん行ぎょう對流たいりゅう作用さよう，他た們也是ぜ好このみ的てき熱ねつ對流たいりゅう隔絕かくぜつ材料ざいりょう。碳凝膠にかわ是ぜ好このみ的てき熱ねつ輻射ふくしゃ隔絕かくぜつ材料ざいりょう，因いん為ため碳元素げんそ在ざい標準ひょうじゅん溫度おんど下か能のう夠吸收きゅうしゅう熱量ねつりょう轉移てんい時じ散發さんぱつ的てき紅べに外線がいせん輻射ふくしゃ。亦また即そく，現今げんこん性質せいしつ最さい好このみ的てき氣き凝しこり膠にかわ是ぜ掺入部分ぶぶん碳元素的すてき矽凝膠にかわ。

一寸厚的氣凝膠相當於20至いたり30塊かたまり普通ふつう玻璃はり的てき隔へだた熱ねつ功こう能のう。

因いん為ため吸濕きゅうしつ的てき自然しぜん性質せいしつ，凝しこり膠にかわ摸起來らい乾いぬい乾いぬい的てき，並なみ表現ひょうげん出で強大きょうだい的てき吸水きゅうすい能力のうりょく。為ため此長時間じかん拿著凝しこり膠にかわ的てき人じん要よう穿ほじ著しる手套しゅとう，以預防ぼう皮膚ひふ表面ひょうめん出現しゅつげん乾燥かんそう脆もろ化か的てき現象げんしょう。

因よし為ため瑞みず利り散ち射い的てき影響えいきょう，凝しこり膠にかわ裡うら的てき微小びしょう樹じゅ突結構けっこう會かい過か濾可か見み光こう光ひかり譜ふ中なか波長はちょう較短小しょう的てき部ぶ份。而這就產生せい了りょう它輕柔やわら的てき顏色かおいろ：在ざい較暗的てき環境かんきょう散發さんぱつ柔やわら柔やわら的てき藍あい光こう，在ざい明あかり亮あきら的てき環境かんきょう散發さんぱつ微微びび的てき黃き光こう。

氣き凝しこり膠にかわ本身ほんみ的てき性質せいしつ是ぜ具ぐ親水しんすい性せい的てき，但ただし是ぜ藉由化學かがく製せい程ほど可か將しょう它改變かいへん為ため具ぐ疏水そすい性せい。凝しこり膠にかわ在ざい逐漸吸收きゅうしゅう水氣みずけ的てき過程かてい中ちゅう會かい經歷けいれき分子ぶんし結構けっこう的てき變動へんどう，如同尺寸しゃくすん縮ちぢみ水すい，甚至完全かんぜん被ひ毀壞。藉由改變かいへん凝しこり膠にかわ對たい於水氣き的てき接受せつじゅ度ど才能さいのう改善かいぜん毀壞的てき現象げんしょう。即そく使つかい有ゆう裂きれ縫ぬえ穿ほじ過か膠にかわ體たい表面ひょうめん，那な些內部ぶ被ひ化學かがく製せい程ほど強化きょうか過か的てき樣さま品ひん對たい水氣みずけ的てき抵抗ていこう作用さよう也會好こう過か於那些只僅僅きんきん強化きょうか分子ぶんし表層ひょうそう的てき樣さま品ひん。而疏水性すいせい製せい程ほど能のう促進そくしん膠にかわ體たい加工かこう過程かてい的てき便利べんり性せい，因いん為ため這樣就便於使用水ようすい刀がたな切きり割わり了りょう。

安全あんぜん性せい

氣き凝しこり膠にかわ的てき安全あんぜん性せい取と決けつ於其製造せいぞう的てき物質ぶっしつ成分せいぶん。若わか其組成そせい成分せいぶん中ちゅう含有がんゆう致癌物質ぶっしつ或ある毒素どくそ，那な膠にかわ體たい也會因いん此具有ぐゆう致癌性せい以及毒性どくせい。目前もくぜん以矽為ため基本きほん材質ざいしつ的てき氣き凝しこり膠にかわ還かえ未み發現はつげん具有ぐゆう致癌或ある含毒的てき性質せいしつ。不ふ過か矽氣凝しこり膠にかわ會かい刺激しげき人じん的てき眼睛がんせい、皮膚ひふ、呼吸こきゅう道どう和わ消化しょうか系統けいとう，並なみ且一旦いったん接觸せっしょく會かい造成ぞうせい皮膚ひふ黏膜的てき乾いぬい澀。因よし此建議けんぎ當とう持じ著ちょ矽凝膠にかわ時じ最さい好こう配備はいび著ちょ護まもる目め鏡きょう以及手套しゅとう以避免めん受到傷害しょうがい。

發展はってん

隨ずい著ちょ加入かにゅう到いた這個領域りょういき的てき研究けんきゅう人員じんいん的てき增加ぞうか，氣き凝しこり膠にかわ科學かがく技術ぎじゅつ有ゆう了りょう快速かいそく發展はってん。20世紀せいき80年代ねんだい初期しょき，粒子りゅうし物理ぶつり學がく家か認識にんしき到いたSiO2氣き凝しこり膠にかわ將はた是これ氣き凝しこり膠にかわ契ちぎり忍にん可か夫おっと計數けいすう器き (Aerogel Cherenkov Counter) 粒子りゅうし鑑別かんべつ器き(見み契ちぎり忍にん可か夫おっと效こう應おう)的てき理想りそう介かい質しつ材料ざいりょう，試驗しけん需要じゅよう大量たいりょう的てき透明とうめいSiO2氣き凝しこり膠にかわ。他た們使用しようTMOS方法ほうほう，製造せいぞう了りょう兩個りゃんこ大だい探測たんそく器き：一いち個こ是ぜ在ざい德とく國こく漢かん堡的てきDESY實驗じっけん室しつ的てきTASSO探測たんそく器き，使用しよう了りょう1700升しょう氣き凝しこり膠にかわ；另一いち個こ是ぜ歐おう洲しゅう粒子りゅうし物理ぶつり研究所けんきゅうじょ（CERN）製造せいぞう的てき探測たんそく器き，使用しよう了りょう由ゆかり瑞みず典てん蘭らん德とく大學だいがく製せい備的1000升しょう氣き凝しこり膠にかわ。現在げんざい日本にっぽん高こう能のう加速器かそくき研究けんきゅう機構きこうB介かい子こ工廠こうしょう的てきBelle實驗じっけん偵測器き中也ちゅうや使用しよう氣き凝しこり膠にかわ契ちぎり忍にん可か夫おっと計數けいすう器き。這個偵測器き利用りよう的てき氣き凝しこり膠にかわ介かい於液體えきたい與あずか氣體きたい之の低ひく折おり射しゃ係數けいすう特性とくせい以及其高透とおる光度こうど與あずか固かた態たい的てき性質せいしつ，優ゆう於傳統でんとう使用しよう低溫ていおん液體えきたい或ある是ぜ高だか壓あつ空氣くうき的てき作法さほう。

氣き凝しこり膠にかわ在ざい太ふとし空そら偵測上うえ也有やゆう多種たしゅ用途ようと，在ざい俄にわか羅ら斯的てき和平わへい號ごう太ふとし空そら站和わ美國びくに的てき火星かせい探さがせ路ろ者しゃ上うえ都と有用ゆうよう到いた這種材料ざいりょう。

参まいり见