產學差距究竟有多大-#5. 世界最輕材料，中國造

(2013-03-21) 人民網-人民日報：科學家介紹說，氣凝膠的基本製備原理是除去凝膠中的溶劑，讓其保留完整的骨架。在以往製備氣凝膠的案例中，科學家主要採用溶膠—凝膠法和模板導向法。前者可以批量合成，但是可控性差；後者能產生有序的結構，但依賴於模板的精細結構和尺寸，難以大量製備。高超課題組另闢蹊徑，探索出無模板冷凍乾燥法：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」，並且可以任意調節形狀，令生產過程更加便捷，也使這種超輕材料的大規模製造和應用成為可能。

《自然》雜誌點評的標題是：《固體碳：彈性而輕盈》，認為這一新生事物的性能令人驚喜。據介紹，「碳海綿」具備高彈性，被壓縮 80% 後仍可恢復原狀。它對有機溶劑具有超快、超高的吸附力，是迄今已報道的吸油力最高的材料。現有的吸油產品一般只能吸自身質量 10 倍左右的液體，而「碳海綿」的吸收量是 250 倍左右，最高可達 900 倍，而且只吸油不吸水。「大胃王」吃有機物的速度極快：每克這樣的「碳海綿」每秒可以吸收 68.8 克有機物。這讓人想到用它來處理海上的漏油，可以把它們撒在海面上，就能把漏油迅速地吸收進來，因為有彈性，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，實驗室正在對這一材料的吸附性能進行進一步的應用性研究。科研人員說，「碳海綿」還可能成為理想的相變儲能保溫材料、催化載體、吸音材料以及高效複合材料。不過，這一新生材料就如呱呱墜地的嬰兒，科學家還很難準確預計其應用領域與前景，還得依靠社會以及產業界的想像力，讓這個新材料走出實驗室，實現應用價值。

全碳氣凝膠還是非常好的絕緣體，適合用來創造更輕、更強大的電池。未來也希望能應用在凈水、凈化空氣等環境污染治理上，或是成為理想的儲能保溫和吸音材料。但時間過得很快，距離文章發表已經將近 3 年了，我們還是沒有看到吸油石墨烯氣凝膠的產品上市。石墨烯三維結構的實現也讓他們在水處理、催化劑、隔熱、微控驅動、電學器件、感測等各個方向存在潛在應用。我們也曾做過石墨烯海綿，各位知道原因嗎？但真正接近工業級的幾乎沒有，最大的原因還是「太貴」。

反觀，新加坡國立大學一組研究人員成功把廢紙製成無毒、無味的纖維氣凝膠，吸油能力比一般商用吸油材料高出三倍，也比較環保。利用廢紙纖維製成的纖維氣凝膠（cellulosenaerogel）來吸收污油。廢紙纖維氣凝膠非常輕盈、強韌，吸收力極強，適用於石油、柴油和潤滑油。例如一塊約 18 公分寬、28 公分長的纖維氣凝膠，能吸收 4.7 公斤的油污。這種材料去除油污的效力比一般商用聚丙稀海綿高出 3 倍，預計能減少約 20% 的油污清理時間。若要回收污油，纖維氣凝膠能擠出高達 99% 所吸收的污油，避免浪費，還可反覆重用多達 8 次。研究員為氣凝膠塗上一層甲基三甲氧基硅烷（Trimethoxymethylsilane）化學品，以增添其抗水特性。這樣一來，在下雨天或在海面上使用時，就不會因吸飽水分而無法發揮吸油效用。

廢紙一公噸約1美元，成本非常低，因此研發的氣凝膠的價格也很便宜。市面上較著名的氣凝膠品牌比他們的產品貴了近 50 倍。研究小組已在美國、中國、印度和東南亞多國為他們的研發成果申請專利權，新加坡一家公司準備在今年 5 月把產品推出市場。

重點還是在「性價比」。課題組在實驗室的數據不僅是「萬中選一」，很多更是「高大上」，但從天上落入凡間往往就消失了，這種現象不該讓我們正視嗎？

Ref.: Adv. Mater.n2013, 25, 2554–2560 | doi: 10.1002/adma.201204576