世界上最轻的固体材料，比空气还轻的固体

2025-04-20 09:15自然世界之最

从最轻的航空金属、飞机上最微小的纳米机器人，到最柔软的太空材料......人类对于固体材料一直在探索着，也一直在打破各种世界之最，而2013年，中国科学家发明了世界上最轻的固体材料，这种材料比空气还要轻，每立方厘米仅重0.12毫克。

世界上最轻的固体材料，气凝胶

这种世界上最轻的固体材料叫气凝胶。气凝胶其实并不是最近才有，早在1931年，人们就用二氧化硅制造出了它。气凝胶的内部有很多孔隙，孔隙里面充满空气，所以非常轻。为了形容它的轻，人们还给它取了一个外号凝固的烟。

把这种用镍做成的气凝胶放在蒲公英上，柔软的绒毛几乎没有变形。

2011年，美国科学家以镍材料做出的气凝胶，成为了当时世界上最轻的材料。在真空中，1立方厘米的这种气凝胶只有0.9毫克重，比空气还要轻。

然而，作为世界上最轻的材料，它的纪录还没保持多久，就被打破了。2012年，英国和德国的几位科学家研制出了全球最轻的气凝胶，他们还给这种气凝胶取了一个非常酷的名字，叫作“飞行石墨”。1立方厘米的“飞行石墨”只有0.18毫克重，虽然它看起来像一块黑色不透明的海绵，但海绵可比它重多了，在体积上，“飞行石墨”几乎是由99.99%的空气构成的。

在演示中，这种材料可以像头发丝一样被玻璃管上的静电吸引起来

“飞行石墨”这种气凝胶还不沾水。

科技发展日新月异，在世界最轻材料的排行榜里，“飞行石墨”坐在第一名的位置上，结果它屁股还没坐热，就被另一种新型的气凝胶给挤了下来。2013年3月，我国浙江大学的一个研究小组，利用碳纳米管和石墨烯制备出了一种超轻气凝胶，取名为“碳海绵”。它有多轻呢？在真空中，1立方厘米的碳海绵只重0.16毫克，而相同体积普通空气的重量是它的7倍左右，比同体积的氦气还要轻。

100立方厘米大小的碳海绵“踩”在狗尾巴草上，纤细的绒毛几乎没有被压弯

碳海绵如此的轻，它是怎么做出来的？

在电子显微镜下，可以看到碳海绵里面有大量的碳纳米管和石墨烯，正是这两种物质共同支撑起了那无数个小孔隙。就像大型的体育场馆一样，先用钢筋做支架，再用高强度的薄膜做墙壁。而碳海绵，就是利用碳纳米管做支架，石墨烯做墙壁。

以前，科学家虽然能制备气凝胶，但由于工艺的缘故，难以批量生产。而现在，我国发明的新工艺，可以批量生产碳海绵。

图为实验室里面有很多这样的碳海绵。

追求最轻的材料，科学家们没有止步。2015年，我国东华大学的俞建勇院士、丁彬教授带领的纳米纤维研究团队在超轻纤维材料研究上获新成果，他们利用普通纤维膜材料开发出了一种超轻、超弹的纤维气凝胶，经中国计量认证结果显示，这种纤维气凝胶的固态材料密度仅为0.12毫克每立方厘米。这比我国之前研制的碳海绵还要轻0.04毫克每立方厘米。