蜻蜓教我们做“固态烟”

    气凝胶是一种多孔的固态材料，因其半透明的色彩和超轻重量，被称为“固态烟”或“冻住的烟”。气凝胶是人类目前已知的最多孔的材料，其中95%的体积是空气。它超级轻，密度约为0.1克/立方厘米。

    气凝胶在开始的时候是一种湿润的硅胶，类似于果冻，其成分是水和二氧化硅，需要经过干燥才能形成一种坚固、多孔的材料。但是，在不破坏精细的二氧化硅结构的情况下去除水分子，是一个漫长、困难和昂贵的过程。

    现在，英国纽卡斯尔大学的一个研究小组通过模仿蜻蜓晾晒翅膀的过程，大大降低了制造气凝胶的成本。

    蜻蜓的翅膀是一种超轻、多孔的气凝胶。蜻蜓的幼虫阶段是在水下度过的，从幼虫到成虫，其形态和生理要发生一次蜕变。这个过程需要持续20分钟到几个小时。当蜻蜓从其幼虫的皮壳中钻出来的时候，其翅膀像果冻一样，但在很短的时间内就会蓬松变硬，变得完全干燥。

    为了达到这个目的，蜻蜓的身体会产生碳酸氢钠和碳酸氢钾分子。碳酸氢盐在太阳底下分解，释放出二氧化碳气体。这些气体滞留在果冻状的翅膀上，使其蓬松，同时干燥，最后留下干燥、轻盈和坚固的结构。科学家就模仿了这一过程。他们在二氧化硅凝胶中加入碳酸氢盐溶液。稍微加热，碳酸氢盐分解成碳酸盐、水和二氧化碳气体。二氧化碳气体被困在凝胶中，水分逐渐蒸发，碳酸盐则留在气凝胶的“骨架”里，成为其固体的组成部分。这一新技术使气凝胶的生产成本从每千克100美元左右降至每千克4美元。

    （《科学之谜》2024年第25期）