世界最轻材料中国造.doc

1、世界最轻材料，中国造【背景资料】【2013年03月21日人民网一人民日报】 日前，自然杂志在“研究 要闻”栏目中重点配图评论：浙江大学高分子系高超教授的课题组制备出了一种 超轻气凝胶，刷新了目前世界上最轻材料的纪录， 弹性和吸油能力令人惊喜。这 种被称为“全碳气凝胶”的固态材料密度为每立方厘米0.16毫克，仅是空气密度的1/6。该课题组另辟蹊径探索出新的简便制备方法，可任意调节形状和尺寸，更加便捷的生产过程也使这种超轻材料的大规模制造和应用成为可能。【新题速递】1. 浙江大学实验室制备出世界最轻材料“全碳气凝胶”即“碳海 绵”，其密度仅是空气的1/6，桃花花蕊也能承受这种材料的重 压（见右图）

2、。“碳海绵”具备高弹性和强吸附性，主要成分是石 墨烯和碳纳米管（两者都是碳单质）。下列关于“碳海绵”的说法 错误的是（）A. 碳海绵完全燃烧生成二氧化碳B. 碳海绵、石墨烯和碳纳米管中原子的空间排列方式不同C. 碳海绵具有疏松多孔的结构D. “碳海绵”是一种有机高分子材料2. 浙江大学课题组采用简便的制备方法，将石墨烯做成三维多孔材料冲击最轻材 料的记录，碳海绵的形状、尺寸可任意调节，大规模制造成为可能。我国的石墨 储备非常丰富，占全世界的2/3，我国科学家不断探索石墨高效利用的方法。则 回答问题：（1）将含有石墨烯和碳纳米管两种纳米材料的水溶液在低温环境下冻干，去除水分、让其保留完整的骨架。

3、在电子显微镜下，碳纳米管和石墨烯共同支撑起碳海 绵的无数个孔隙，则碳海绵属于一种物。（2）碳海绵由碳原子构成，碳原子的结构示意为，则碳原子的核电荷数为，请推测石墨烯可能具有的一条化学性质；（3）最轻材料碳海绵具有高弹性、超快超高的吸附性，是迄今已报道的吸油力最高的材料。碳海绵具有高弹性和强吸附性，都属于（选填“物理”或“化学”）性质。请你设想这种材料的应用领域和前景 有。【参考答案】1题：2题：（1）混合；（2）6 ;常温下化学性质温度、可燃性、还原 性；（3）可用于重复处理海上的漏油，可制作保温材料、吸音材料和高效复合材 料； 原文附录：浙江大学高分子系高超教授的课题组制备出了一种超轻气凝胶

4、一一它刷新了目前世界上最轻材料的纪录，弹性和吸油能力令人惊喜。这种被称为“全碳气凝胶”的固态材料密度为每立方厘米0.16毫克，仅是空气密度的约8立方厘米的“碳海绵”立在桃花花蕊上。1/6。日前，这一进展被自然杂志在“研究要闻”栏目中重点配图评论。据介绍，气凝胶是入选吉尼斯世界纪录的最轻的一类物质，因其内部有很多 孔隙，充斥着空气，故而得名。 1931 年，美国科学家用二氧化硅制得了最早的 气凝胶，外号 “凝固的烟”2。011 年，美国 HRL 实验室、加州大学欧文分校和 加州理工学院合作制备了一种镍构成的气凝胶，密度为 0.9 毫克 /立方厘米，创 下了当时最轻材料的纪录。 把这种材料放在蒲公

5、英花朵上， 柔软的绒毛几乎没有 变形这张照片入选了 自然杂志年度十大图片， 也给高超留下了深刻印象： 能不能制备出一种材料，挑战这个极限？我国的石墨储备非常丰富，占全世界的 2/3 。科学家一直在探索石墨高效利 用的方法。“把石墨变成石墨烯（一种由碳原子构成的单层片状结构），其价值 可以上升数千倍。”高超的课题组经过五六年的探索，制备出了一维的石墨烯纤 维和二维的石墨烯薄膜。 这次，他们打算把石墨烯做成三维多孔材料来冲击这一 纪录。制作简便形状、尺寸可任意调节，大规模制造成可能 在实验室，记者看到了一个个大小不等的“碳海绵”：它们大的如网球，小的 如酒瓶塞。在电子显微镜下，碳纳米管和石墨烯共同

6、支撑起无数个孔隙。“就像体育场馆等大型空间结构，用钢筋做支架，用高强度的薄膜等做墙壁， 材料整体既轻且强。”课题组博士生孙海燕说，“在这里，碳纳米管就是支架，石 墨烯就是墙壁。”在已报道的成果中，高超课题组制备的“碳海绵”仍是最轻纪录保持者可 达到 0.16 毫克/立方厘米，低于氦气的密度。相关论文 2月 18日在线发表在先 进材料上。但课题组对申报吉尼斯世界纪录兴趣不大，“轻并不是它最大的新 意所在”。高超解释：它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。科学家介绍说，气凝胶的基本制备原理是除去凝胶中的溶剂，让其保留完整 的骨架。在以往制备气凝胶的案例中， 科学家主要采用溶

7、胶凝胶法和模板导向 法。前者可以批量合成，但是可控性差；后者能产生有序的结构，但依赖于模板 的精细结构和尺寸， 难以大量制备。 高超课题组另辟蹊径， 探索出无模板冷冻干 燥法：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， 令生产过程更加便捷， 也使这种超轻材料的大规模制造 和应用成为可能。“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。”高超说。性能优越高弹性、强吸附，应用前景广阔 自然杂志点评的标题是：固体碳：弹性而轻盈，认为这一新生事物 的性能令人惊喜。据介绍，“碳海绵”具备高弹性，被压缩80%后仍可恢复原状。它对有机溶剂 具有超快、超高的吸附力， 是迄今已报道的吸油力最高的材料。 现有的吸油产品 一般只能吸自身质量 10 倍左右的液体，而“碳海绵”的吸收量是 250 倍左右，最 高可达 900 倍，而且只吸油不吸水。“大胃王”吃有机物的速度极快：每克这样的 “碳海绵”每秒可以吸收68.8 克有机物。这让人想到用它来处理海上的漏油，“可 以把它们撒在海面上， 就能把漏油迅速地吸收进来， 因为有弹性， 吸的油能够被 压出来回收利用，碳海绵也可以重新使用。”科研人员表示。目前，实验室正在对这一材料的吸附性能进行进一步的应用性研究。科研人