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“气凝胶之父”Kistler的传奇人生

气凝胶的诞生源于天才的奇想,实现于不懈的探索与创造。

在气凝胶行业蓬勃发展的今天,每一位从业人员都要感谢Samuel Stephens Kistler,是这位美国科学家研制出了世界上第一块气凝胶,并且,他投入了很多精力来研究气凝胶材料的特性和用途。

封闭小镇走出的科学巨匠

1900326日,Kistler出生于美国加利福尼亚州东北部的塞达维尔(Cedarville)。在孩提时代,他一直住在这个只有500人的闭塞小镇——塞达维尔小镇交通极不便利,居民们必须乘坐长途汽车走75英里才能到达火车站,然后再坐上火车奔波100英里,才能抵达该地区的大都会里诺(Reno)

当Kistler即将满12岁的时候,他的家庭出现了一些变故,Kistler举家搬迁到了加利福尼亚州西部的圣罗莎(Santa Rosa)。

离开封闭的小镇,使Kistler接触到了外面的世界,也使他接受了更正规、更良好的教育。高中时期,Kistler除了在学校修化学课程外,他还进入了一个私人化学实验室,在高中就完成了大学化学的第一年课程。

1917年,Kistler进入太平洋学院(College Of The Pacific)就读,主要学习化学、物理、天文学、地质学和植物学。1920年,Kistler转入斯坦福大学攻读学士,并于第二年获得了化学学士学位。在提交的论文中,Kistler提出了超临界流体中氨基酸的结晶理论,这是他对超临界流体的早期探索,也是世界上最早研究超临界流体性能的科学家之一。

Kistler(后排中)与学生们在一起

1922年,Kistler在加州标准石油公司(Standard Oil Co.)工作了一小段时间。但酷爱化学研究的他毅然放弃了公司优厚的待遇,在1923年回到太平洋学院教授化学并继续他的化学研究。1927年,Kistler回到了斯坦福大学,攻读博士学位。

打赌成了气凝胶诞生契机

第一块气凝胶究竟是Kistler在何时、何地研发出来的,至今尚无定论。

目前,科学界普通认为,气凝胶发明于1931年。这是因为,关于气凝胶的第一篇论文,由Kistler于1931年发表在《自然》杂志上(第127卷,第741页),标题为《共聚扩散气凝胶与果冻》(Coherent expanded aerogels and jellies)。于是,大家就将1931年视作气凝胶诞生的时间。

Kistler(右)与时任太平洋学院院长

另外,在1932年,Kistler在《物理化学杂志》中刊登了一篇关于气凝胶的文章,在该文致谢部分,他对J·W·Mcbain博士的慷慨协助及Charles Learned的建议,表示了由衷的感谢。而且,太平洋学院办公室资料可以证实,Charles Learned于20世纪20年代末为该学院的本科生。这就意味着,第一块气凝胶很有可能是 Kistler博士在太平洋学院制造出来的。

还有一个广为传播的典故,气凝胶的诞生源于Kistler与Charles Learned的一次打赌——看谁能够将凝胶内的液体换成气体同时不使固体结构发生变化。

众所周知,如果直接通过蒸发将胶体中的液体与固体分离,由于毛细管力的强大作用,必然会导致固体的收缩和结构坍塌。经过不断的探索,Kistler终于用酒精超临界干燥技术完美地解决了这个世界难题。就这样,世界上第一块气凝胶——二氧化硅气凝胶诞生了。

此后,Kistler博士并不满足,又做出了多种材质的气凝胶。

Kistler晚年科研照片

有关气凝胶的诞生还有一个未解之谜:“气凝胶”(aerogel)这个词是怎么来的?通常的解释是,aerogel是个组合词,aero是形容词,表示飞行的,gel则是凝胶的意思,组合起来的字面意思即为“可以飞行的凝胶”。任何物质的gel,只要经特殊工艺干燥除去内部溶剂,又可基本保持其形状不变,且产物高孔隙率、低密度,就可以漂浮于空气中,就可称为气凝胶(aerogel)了。

那么,气凝胶这个词究竟是Kistler博士灵光一闪命名的,还是他从别人那里听到的呢?他当初是否想过其他的名字呢?这已经被湮灭在历史长河之中。

唯努力与梦想不会被辜负

在发明了气凝胶之后,Kistler又花费了大量的精力来研究这种新物质形态的特点。

气凝胶是一种三维纳米网络多孔材料,内部99.8%都是气体。将二氧化硅气凝胶放在暗色面前会呈现蓝色,放在浅色面前几乎消失不见,它虽然不像玻璃那么透明,却比玻璃更隐形、更难看见。

Kistler当时就发现,气凝胶最神奇的特性就是隔热,气凝胶内部的纳米孔结构有效地阻止了空气对流产生的热传导。这就赋予了气凝胶非常惊人的隔热效果,就算在一片很薄的气凝胶下方放一盏点燃的煤气灯,几分钟后在气凝胶上方的鲜花依然芳香如故。

于是,Kistler在相关论文的结语中曾写道:“上述观察除了深具科学意义,气凝胶带来的新物理性质也很有意思。”

在20世纪40年代早期,为了让气凝胶材料得到更广泛的应用,Kistler与美国孟山都公司(Monsanto Corp.)签订了一份二氧化硅气凝胶的生产许可协议。从此,孟山都公司开始在马萨诸塞州埃弗雷特的一家工厂进行生产,并以“Santocel”、“Santocelc - c”、“Santocel-54”和“Santocelz - z”命名,并曾销售了一些,但由于高昂的售价,当时的市场难以接受,孟山都的气凝胶项目就夭折了。

1952年,Kistler博士离开私营企业回到大学校园,担任犹他州大学工程学院院长。在这段时间里,Kistler潜心于教学和研究工作,根据犹他州大学关于Kistler的传记资料记载,Kistler的专利多达60多项,并曾担任多家先进开发公司的特别顾问。

资料记载,Kistler博士将自己研发成果的授权费捐给了犹他州立大学工程学院,用于资助新项目和那些无法从传统渠道获得资金的特殊项目,并为学院购买了许多特殊设备。通过持续的努力,Kistler博士使工程学院成为全国最知名的工程学院之一。

1975年,这颗材料界的巨星陨落了,纵观Kistler辉煌与传奇的一生,从化学和工程到教育、从科学政策到世界事务,Kistler均作出了杰出的贡献。但遗憾的是,Kistler生前无缘见到气凝胶材料出人头地。不过,历史是公正的,气凝胶以王者的姿态于上世纪末进入了人们的视野,应用领域逐渐扩大,正在成为航空航天、建筑、石油化工、军工、热能工程、交通运输和家用电器等领域绝热材料的上佳选择。

ag8亚游集团新材料有限公司自创立之日起,秉承着Kistler的遗志,锐意创新、改进工艺、降低成本,研发出了具有独立自主知识产权的气凝胶产品。2016年,ag8亚游集团注册了气凝胶品牌Kistler®,以此来表达对气凝胶发明人的致敬。

ag8亚游集团新材料有限公司董事长田雷指出,“气凝胶的诞生,源于伟大的创想和天才的创造。爱彼人将时刻保持着对未知的好奇,对未来的期待,研发、生产出更多、更先进的材料,更深刻地改变这个世界。”

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