娇嫩的小花托举着一块超轻碳海绵
    
    浙江大学研制出超轻固体物质，可用来处理海上原油泄漏事件；用它包裹飞机机身，可使飞机达到隐身的目的。
    
    最轻固体材料诞生记
    
    近日，浙江大学高分子系高超教授所在的课题组制造出一种超轻物质，取名“碳海绵”或“全碳气凝胶”，其密度只有每立方厘米0.16毫克，仅是空气密度的1/6，是目前世界上已知的最轻固体材料。这一成果被权威科学杂志《自然》重点配图评论。
    
    寻找最轻材料是全世界科学家追求的梦想
    
    2011年，美国科学家合作制造了一种镍基气凝胶，密度为0.9毫克/立方厘米，是当时最轻的材料。
    
    2012年，德国科学家制造的一种名为“石墨烯气凝胶”的材料，密度为0.18毫克/立方厘米。
    
    高超最初的想法是：“我国的石墨气储备非常丰富，占全世界的2/3，能不能用石墨做出最轻材料？”
    
    科学界的想法都是类似的，就看谁的步伐更快一些，这比奥运会赛场上的竞争还要残酷。其实高超的课题组一直在与德国科学家进行竞争。2012年6月，高超课题组已经做出了每立方厘米0.16毫克的全碳气凝胶，但正在他们想投稿的时候，德国科学家的论文发表了。
    
    “科学界是没有亚军的，我们只有做到更好，再次把数据重新完善一下，要求课题组做得深、做得透。我们的优势在于我们的材料设计思想。”高超说。
    
    碳海绵具有吸油、吸波等多种特性，应用前景广泛
    
    碳海绵最大的价值在于其简便的制备方法，以及材料所展现出来的优越性能。碳海绵对有机溶剂有超快、超高的吸附力，是已被报道的吸油力最强的材料，可以被称作吃有机物的“大胃王”。“大胃王”吃有机物的速度极快：每克碳海绵每秒可以吸收68.8克有机物。而且，碳海绵只吸油不吸水。这一特性可用来处理海上原油泄漏事件——把碳海绵撒在海面上，就能把漏油迅速吸进来。因为有弹性，吸进的油又可以挤出来回收，碳海绵还可以重新使用。
    
    碳海绵还有吸波以及屏蔽电磁波的作用。比如，可以用它包裹飞机机身，它很轻，同时又能起到吸收电磁波的作用，吸波材料可以吸收各种波，包括雷达波，这样就没有反射波，雷达就检测不到了，从而可以使飞机达到隐身的目的。
    
    碳海绵还可能成为理想的储能、保温、催化剂载体及高效复合材料，在净化水甚至净化空气等环境污染治理上能发挥重要作用，有广阔的应用前景。
    
    最小的密度只是碳气凝胶材料的一个起点，将来具有更小密度的材料将陆续出现。我们相信科学永远不会是一本写完了的书，每一项重大成就又会带来新的课题，甚至产生新的领域，从而不断推进科学的进步和技术的革新。
    
    制备方法也创新
    
    不论是2011年美国科学家研制的镍基气凝胶，还是2012年的“石墨烯气凝胶”，它们都是采用“模板导向法”制备出来的。“模板导向法”一般是指先制备出所需要的模板，然后在模板表面沉积上所设计的原材料如镍或石墨，再把模板去掉，留下多孔支架。这种方法可以相对容易地做出超轻材料，但受到模板本身尺寸、形状、精细结构以及后续模板去除的复杂工艺的限制，材料很难做大，更难以大量制备。
    
    另外一种常用的气凝胶制备方法是“溶胶——凝胶法”。什么是“溶胶——凝胶法”？实际上，超市中常见的松脆的水果干就是一种气凝胶。水果是一种水凝胶，除去其中的水分，还能保持原有的形貌就形成了气凝胶的水果干。这种方法非常简单，可以成吨地做出水果干气凝胶，但是由于其微观结构不可控，所以很难得到极轻材料。
    
    高超课题组另辟蹊径，将这两种方法的优点相结合，探索出无模板溶液冻干法：将溶解了石墨烯和碳纳米管的水溶液在低温下冻干，便获得了碳海绵，并且可以任意调节形状。不需要模板，只与容器有关。容器多大，就可以制备多大，可以做到上千立方厘米，甚至更大。生产过程更加便捷，也使这种超轻材料的大规模制造和应用成为可能。
    
    用手触碰碳海绵，再挤压，感觉它比我们吃的棉花糖还软，并迅速回弹，同时也残留在手上一些黑色海绵状物质。高超课题组介绍：“现在的碳海绵只能压，不能拉。我们的一项重要工作是要使它的性能更加稳定。提高石墨烯纤维的力学强度,初步制备的石墨烯纤维有着一些结构上的缺陷，从而降低了它的力学性能。同时我们也在尝试它在各个领域的应用，希望能真正地使用起来。”
    
    （2013-04-08）