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從辦公室窗戶到火星棲息地 科學家首亮相透明氣凝膠_最輕的固體氣凝膠（Aerogel）


https://technews.tw/2018/08/14/super-insulating-aerogel-plastic-contact-lens-beer-wort-cellulose/
氣凝膠是世上最輕的固體，以極強隔熱能力矗立在材料界頂端，但由於不太透光的外表，儘管隔熱能力一流卻不適合當窗戶。現在，美國科羅拉多大學波德分校科學家找到一種方法，能從啤酒副產品製造出透明又高度絕緣的凝膠。

除了石墨烯，氣凝膠（Aerogel）也是這世代令人驚奇的材料，擁有強大隔熱功能，密度僅次於全碳氣凝膠，還是目前世上已知最輕的固體，內部有 90% 以上都是空氣，密度僅 3mg/cm^3。氣凝膠有許多暱稱，比如凍結煙霧（frozen smoke）、固態煙霧（solid smoke）、固態空氣（solid air）、藍煙（blue smoke）、舊金山之霧（San Fransisco fog）等，自 1931 年問世以來拿下 15 項以上金氏世界紀錄。

之所以得名凍結煙霧，是因為氣凝膠具微觀樹突立體結構，內含數十億個微小孔洞誘捕空氣，防止熱量通過，但與此同時也會散射大量光線（每個孔洞尺寸不大於 100 奈米），使外表看似有如凍結的煙霧不透光。基於這原因，氣凝膠雖然隔熱功能強大，卻一直無法有效應用於大面積窗戶。

科羅拉多大學波德分校團隊為了製造出既能隔熱又透光的凝膠，首先將眼光瞄向纖維素（cellulose），透過小心控制纖維素的分子連接方式，將分子排列成格子狀結構，如此一來，光線就可以順利通過，使凝膠變透明。

接下來就是尋找適合的纖維素，研究人員相中一種普遍又不起眼的物質，來自釀造啤酒時產生的副產品：啤酒麥芽汁（beer wort）。

從酒廠回收麥芽汁廢料後，團隊往裡添加一種獨門細菌，能在兩週內從啤酒麥芽汁培養出纖維素（cellulose），之後就可以促使這些纖維素分子組裝成奈米纖維，轉變為凝膠。最終結果，團隊生成了柔韌的透明凝膠薄膜，重量比玻璃輕約 100 倍，而隔熱效果之強又允許你隔著它點燃打火機，但你的手不會有任何被火燒到的感覺。 透明氣凝膠最適合充當薄膜黏在現有窗戶上，可以大幅提高隔熱性，扭轉大多數窗戶隔熱不良的缺點。據美國能源部數據顯示，用來加熱／冷卻建築物內部環境溫度的能源，最後有四分之一能量都從窗戶逸散，致使建築商每年損失數十億美元（額外電費之類的），有了氣凝膠隔熱，屆時便能大幅減少能量損失。這技術也能應用在智慧型衣料、絕緣汽車來保護衝陷火場的消防人員；或是再奇幻一點，研究作者、科羅拉多大學波德分校物理系教授 Ivan Smalyukh 說，搞不好有天你可以穿著氣凝膠製成的透明服裝，跑去南極和企鵝共游。

除了地球應用，透明氣凝膠也有機會出現在地球之外，比如火星或月球棲息地，有了這層膜，在屋內的太空人就能免受巨大溫差與低溫所苦。新論文發表在《Nano Energy》期刊。