研究人員受蜻蜓翅膀啟發，成功設計出一種廉價製造氣凝膠的方法

一個由國際科學家組成的研究團隊以蜻蜓的翅膀為參考對象，製備出一種高效、低成本的高強絕熱材料。這種材料是一種氣凝膠，氣凝膠是人類所知的最輕的多孔材料，體積與一輛家用汽車相當的氣凝膠，其重量小於一千克。

氣凝膠由具類似於果凍的濕硅膠製成，經過多道工序地乾燥後變得多孔且高強度。但到目前為止，去除水分而不破壞精細的二氧化硅結構的工藝十分複雜，且成本很高。因此，氣凝膠只能用在一些有特殊要求、高度專業的任務上，例如收集太空星塵。

英國紐卡斯爾大學領導的一個專家小組最近通過模仿蜻蜓展開翅膀的過程，成功地設計出一種廉價地製造氣凝膠的工藝方法。他們使用蘇打碳酸氫鹽（同樣用於製作蛋糕）來「吹」出水分子，將二氧化碳氣體吸入孔中，而不是採用傳統的方法，在高溫高壓下乾燥二氧化硅。

他們的研究結果發布在學術期刊Advanced Materials上，該團隊表示，他們下一步將會進行延展，以生產出可以用於房子建築的氣凝膠板材。

Lidija?iller博士是紐卡斯爾大學一名納米材料科學家，他與紐卡斯爾大學的同事肖漢博士，哈利勒哈桑以及阿德里安奧拉博士一起進行這項研究，並共同發表了這篇論文，他說：「這一發現在減少能源使用和減少能源費用方面的潛力非常令人興奮。氣凝膠是一種令人驚嘆的材料 ，安全且輕便，隔熱性能是我們目前使用的絕熱材料的十倍 ，但直到現在，我們大多數人都無法接觸它們，因為它們製作起來非常昂貴。而我們的研究目標就是讓它們走向大規模應用。」

生物仿生

波斯尼亞的黑塞哥維那國家博物館的Dejan Kulijer說道：「蜻蜓屬於蜻蜓目，這些古老的昆蟲在恐龍出現之前就已經存在很長時間。它們是最古老的昆蟲群之一，其中包括有史以來生活過的最大的昆蟲 - Griffenfly - 翼展超過70厘米。它們的翅膀是一種類似於氣凝膠的多孔分層結構，它們十分強壯且輕便，它能讓昆蟲以30公里每小時飛行。」

?iller博士說；「蜻蜓的翅膀是一種超輕型氣凝膠 - 占昆蟲總體重的不到2％ - 然而它們非常強壯，可以讓昆蟲在海洋和大陸之間數千英里的地方飛行。蜻蜓的大部分生命周期以幼蟲階段（從30天到幾年不等）在水下度過，從幼蟲到成蟲的蛻變是形態學和生理學上的不可逆轉變化，蛻變時間持續20分鐘到幾個小時不等，取決於物種。當蜻蜓從幼蟲中脫殼而出時，它的翅膀像果凍一樣，但在很短的時間內會膨脹變硬並變得完全乾燥。他們的身體會產生碳酸氫鹽分子，釋放二氧化碳氣體，調節身體壓力並同時乾燥翅膀，這會」吹出「水分，讓它們的翅膀變得乾燥，穩定，輕盈且結實。我們在實驗室中在氣凝膠上複製了這個過程，室溫下採用碳酸氫鈉將水分吹出。」

理想絕熱體

氣凝膠最早是在1931年被發現。通常密度約為0.1g / cm3，95％的體積是空氣，它們的導熱係數與真空板相近，所以它們是理想的隔熱材料，不僅能保暖，還能保持家居涼爽。它們的絕熱性和抗老化，防潮和高強堅固等性能使其成為理想的建築物材料，但到目前為止，高昂的生產成本限制了它們的使用。

該團隊通過在硅膠中加入碳酸氫鹽溶劑，並採用新穎的化學反應過程產生二氧化碳從內向外乾燥凝膠。 同時，二氧化碳被鎖在精密的孔質結構中，防止了氣凝膠的塌陷。

紐卡斯爾大學蕭涵博士表示，這項新技術將使生產成本降低96％，從每公斤100美元左右降至4美元。

他說：「像蜻蜓的翅膀一樣，我們的氣凝膠材料是由超薄二氧化硅層組成的，這意味著我們可以創建一個更堅固的結構。我們下一步計劃是擴大生產，將其用於住房和建築物，以幫助減少我們的能源消耗，減少浪費。」

文章來源於sciencedaily，原文題目：World"s oldest insect inspires a new generation of aerogels，由材料科技團隊整理編輯。

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