世界最輕材料中國(guó)造.doc

1、世界最輕材料，中國(guó)造【背景資料】【2013年03月21日人民網(wǎng)一人民日?qǐng)?bào)】 日前，自然雜志在“研究 要聞”欄目中重點(diǎn)配圖評(píng)論：浙江大學(xué)高分子系高超教授的課題組制備出了一種 超輕氣凝膠，刷新了目前世界上最輕材料的紀(jì)錄， 彈性和吸油能力令人驚喜。這 種被稱為“全碳?xì)饽z”的固態(tài)材料密度為每立方厘米0.16毫克，僅是空氣密度的1/6。該課題組另辟蹊徑探索出新的簡(jiǎn)便制備方法，可任意調(diào)節(jié)形狀和尺寸，更加便捷的生產(chǎn)過程也使這種超輕材料的大規(guī)模制造和應(yīng)用成為可能?！拘骂}速遞】1. 浙江大學(xué)實(shí)驗(yàn)室制備出世界最輕材料“全碳?xì)饽z”即“碳海 綿”，其密度僅是空氣的1/6，桃花花蕊也能承受這種材料的重 壓（見右圖）

2、?！疤己＞d”具備高彈性和強(qiáng)吸附性，主要成分是石 墨烯和碳納米管（兩者都是碳單質(zhì)）。下列關(guān)于“碳海綿”的說法 錯(cuò)誤的是（）A. 碳海綿完全燃燒生成二氧化碳B. 碳海綿、石墨烯和碳納米管中原子的空間排列方式不同C. 碳海綿具有疏松多孔的結(jié)構(gòu)D. “碳海綿”是一種有機(jī)高分子材料2. 浙江大學(xué)課題組采用簡(jiǎn)便的制備方法，將石墨烯做成三維多孔材料沖擊最輕材 料的記錄，碳海綿的形狀、尺寸可任意調(diào)節(jié)，大規(guī)模制造成為可能。我國(guó)的石墨 儲(chǔ)備非常豐富，占全世界的2/3，我國(guó)科學(xué)家不斷探索石墨高效利用的方法。則 回答問題：（1）將含有石墨烯和碳納米管兩種納米材料的水溶液在低溫環(huán)境下凍干，去除水分、讓其保留完整的骨架。

3、在電子顯微鏡下，碳納米管和石墨烯共同支撐起碳海 綿的無數(shù)個(gè)孔隙，則碳海綿屬于一種物。（2）碳海綿由碳原子構(gòu)成，碳原子的結(jié)構(gòu)示意為，則碳原子的核電荷數(shù)為，請(qǐng)推測(cè)石墨烯可能具有的一條化學(xué)性質(zhì)；（3）最輕材料碳海綿具有高彈性、超快超高的吸附性，是迄今已報(bào)道的吸油力最高的材料。碳海綿具有高彈性和強(qiáng)吸附性，都屬于（選填“物理”或“化學(xué)”）性質(zhì)。請(qǐng)你設(shè)想這種材料的應(yīng)用領(lǐng)域和前景 有?！緟⒖即鸢浮?題：2題：（1）混合；（2）6 ;常溫下化學(xué)性質(zhì)溫度、可燃性、還原 性；（3）可用于重復(fù)處理海上的漏油，可制作保溫材料、吸音材料和高效復(fù)合材 料； 原文附錄：浙江大學(xué)高分子系高超教授的課題組制備出了一種超輕氣凝膠

4、一一它刷新了目前世界上最輕材料的紀(jì)錄，彈性和吸油能力令人驚喜。這種被稱為“全碳?xì)饽z”的固態(tài)材料密度為每立方厘米0.16毫克，僅是空氣密度的約8立方厘米的“碳海綿”立在桃花花蕊上。1/6。日前，這一進(jìn)展被自然雜志在“研究要聞”欄目中重點(diǎn)配圖評(píng)論。據(jù)介紹，氣凝膠是入選吉尼斯世界紀(jì)錄的最輕的一類物質(zhì)，因其內(nèi)部有很多 孔隙，充斥著空氣，故而得名。 1931 年，美國(guó)科學(xué)家用二氧化硅制得了最早的 氣凝膠，外號(hào) “凝固的煙”2。011 年，美國(guó) HRL 實(shí)驗(yàn)室、加州大學(xué)歐文分校和 加州理工學(xué)院合作制備了一種鎳構(gòu)成的氣凝膠，密度為 0.9 毫克 /立方厘米，創(chuàng) 下了當(dāng)時(shí)最輕材料的紀(jì)錄。 把這種材料放在蒲公

5、英花朵上， 柔軟的絨毛幾乎沒有 變形這張照片入選了 自然雜志年度十大圖片， 也給高超留下了深刻印象： 能不能制備出一種材料，挑戰(zhàn)這個(gè)極限？我國(guó)的石墨儲(chǔ)備非常豐富，占全世界的 2/3 ?？茖W(xué)家一直在探索石墨高效利 用的方法?！鞍咽兂墒ㄒ环N由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)），其價(jià)值 可以上升數(shù)千倍。”高超的課題組經(jīng)過五六年的探索，制備出了一維的石墨烯纖 維和二維的石墨烯薄膜。 這次，他們打算把石墨烯做成三維多孔材料來沖擊這一 紀(jì)錄。制作簡(jiǎn)便形狀、尺寸可任意調(diào)節(jié)，大規(guī)模制造成可能 在實(shí)驗(yàn)室，記者看到了一個(gè)個(gè)大小不等的“碳海綿”：它們大的如網(wǎng)球，小的 如酒瓶塞。在電子顯微鏡下，碳納米管和石墨烯共同

6、支撐起無數(shù)個(gè)孔隙。“就像體育場(chǎng)館等大型空間結(jié)構(gòu)，用鋼筋做支架，用高強(qiáng)度的薄膜等做墻壁， 材料整體既輕且強(qiáng)?！闭n題組博士生孫海燕說，“在這里，碳納米管就是支架，石 墨烯就是墻壁?！痹谝褕?bào)道的成果中，高超課題組制備的“碳海綿”仍是最輕紀(jì)錄保持者可 達(dá)到 0.16 毫克/立方厘米，低于氦氣的密度。相關(guān)論文 2月 18日在線發(fā)表在先 進(jìn)材料上。但課題組對(duì)申報(bào)吉尼斯世界紀(jì)錄興趣不大，“輕并不是它最大的新 意所在”。高超解釋：它的價(jià)值在于其簡(jiǎn)便的制備方法，以及材料所展現(xiàn)出來的 優(yōu)越性能?？茖W(xué)家介紹說，氣凝膠的基本制備原理是除去凝膠中的溶劑，讓其保留完整 的骨架。在以往制備氣凝膠的案例中， 科學(xué)家主要采用溶

7、膠凝膠法和模板導(dǎo)向 法。前者可以批量合成，但是可控性差；后者能產(chǎn)生有序的結(jié)構(gòu)，但依賴于模板 的精細(xì)結(jié)構(gòu)和尺寸， 難以大量制備。 高超課題組另辟蹊徑， 探索出無模板冷凍干 燥法：將溶解了石墨烯和碳納米管的水溶液在低溫下凍干，便獲得了“碳海綿”， 并且可以任意調(diào)節(jié)形狀， 令生產(chǎn)過程更加便捷， 也使這種超輕材料的大規(guī)模制造 和應(yīng)用成為可能。“不需要模板，只與容器有關(guān)。容器多大，就可以制備多大，可以做到上千立 方厘米，甚至更大?！备叱f。性能優(yōu)越高彈性、強(qiáng)吸附，應(yīng)用前景廣闊 自然雜志點(diǎn)評(píng)的標(biāo)題是：固體碳：彈性而輕盈，認(rèn)為這一新生事物 的性能令人驚喜。據(jù)介紹，“碳海綿”具備高彈性，被壓縮80%后仍可恢復(fù)原狀。它對(duì)有機(jī)溶劑 具有超快、超高的吸附力， 是迄今已報(bào)道的吸油力最高的材料。 現(xiàn)有的吸油產(chǎn)品 一般只能吸自身質(zhì)量 10 倍左右的液體，而“碳海綿”的吸收量是 250 倍左右，最 高可達(dá) 900 倍，而且只吸油不吸水?！按笪竿酢背杂袡C(jī)物的速度極快：每克這樣的 “碳海綿”每秒可以吸收68.8 克有機(jī)物。這讓人想到用它來處理海上的漏油，“可 以把它們?nèi)鲈诤Ｃ嫔希?就能把漏油迅速地吸收進(jìn)來， 因?yàn)橛袕椥裕?吸的油能夠被 壓出來回收利用，碳海綿也可以重新使用。”科研人員表示。目前，實(shí)驗(yàn)室正在對(duì)這一材料的吸附性能進(jìn)行進(jìn)一步的應(yīng)用性研究?？蒲腥?/p>