Question

19．氣凝膠是入選吉尼斯世界紀(jì)錄的最輕的一類物質(zhì)，因其內(nèi)部有很多孔隙，充斥著空氣，故而得名．1931年，美國(guó)科學(xué)家用二氧化硅制得了最早的氣凝膠，外號(hào)“凝固的煙”．2011年，美國(guó)HRL實(shí)驗(yàn)室、加州大學(xué)歐文分校和加州理工學(xué)院合作制備了一種鎳構(gòu)成的氣凝膠，密度為0.9毫克/立方厘米，創(chuàng)下了當(dāng)時(shí)最輕材料的紀(jì)錄．把這種材料放在蒲公英花朵上，柔軟的絨毛幾乎沒有變形--這張照片入選了《自然》雜志年度十大圖片，也給浙江大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)系高超教授留下了深刻印象：能不能制備出一種材料，挑戰(zhàn)這個(gè)極限？
近日，浙江大學(xué)的科學(xué)家們研制出了一種超輕材料，這種被稱為“全碳?xì)饽�膠”的固態(tài)材料密度僅每立方厘米0.16毫克，是迄今為止世界上最輕的材料．“氣凝膠”是半固體狀態(tài)的凝膠經(jīng)干燥、去除溶劑后的產(chǎn)物，外表呈固體狀，內(nèi)部含有眾多孔隙，充斥著空氣，因而密度極�。�浙江大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)系高超教授的課題組將含有石墨烯和碳納米管兩種納米材料的水溶液在低溫環(huán)境下凍干，去除水分、保留骨架，成功刷新了“最輕材料”的紀(jì)錄．此前的“世界紀(jì)錄保持者”是由德國(guó)科學(xué)家在2012年底制造的一種名為“石墨氣凝膠”的材料，密度為每立方厘米0.18毫克．據(jù)介紹，“全碳?xì)饽�膠”還是吸油能力最強(qiáng)的材料之一．現(xiàn)有的吸油產(chǎn)品一般只能吸收自身質(zhì)量10倍左右的有機(jī)溶劑，而“全碳?xì)饽�膠”的吸收量可高達(dá)自身質(zhì)量的900倍．
全碳?xì)饽�膠將有望在海上漏油、凈水甚至凈化空氣等環(huán)境污染治理上發(fā)揮重要作用．傳統(tǒng)的氣凝膠制作方式往往無法批量生產(chǎn)，但課題組新創(chuàng)的“低溫凍干法”令氣凝膠的生產(chǎn)過程更加便捷，也使這種超輕材料的大規(guī)模制造和應(yīng)用成為可能．
（1）人們把氣凝膠稱作“凝固的煙”，用確切的物理語言來說是指它的密度很小（選填“質(zhì)量”或“密度”）．文中提到“全碳?xì)饽�膠”的固態(tài)材料密度僅每立方厘米0.16毫克，也就是1.6×10^-4g/cm³．
（2）一塊100cm³的全碳?xì)饽�膠放在一朵花上，該氣凝膠的質(zhì)量為0.016g．
（3）研究表明，“全碳?xì)饽�膠”還是吸油能力最強(qiáng)的材料之一，它最多能吸收自身質(zhì)量900 倍的有機(jī)溶劑，則 100cm³ 的“全碳?xì)饽�膠”最多能吸收的有機(jī)溶劑重力為0.144 N．（g取10N/kg）

Answer 1

分析 （1）單位體積的某種物質(zhì)的質(zhì)量叫這種物質(zhì)的密度，其單位：1g=1000mg；
（2）已知“全碳?xì)饽�膠”的密度和體積，利用公式m=ρV得到其質(zhì)量．
（3）已知物質(zhì)質(zhì)量和吸附有機(jī)溶劑的能力，可以得到吸附的有機(jī)溶劑的質(zhì)量；已知質(zhì)量，利用公式G=mg得到重力．

解答 解：（1）“全碳?xì)饽�膠”的固態(tài)材料是世界上最輕的固體，用確切的物理語言來說是指它的 密度很�。�0.16mg/cm³，合1.6×10^-4g/cm³．
（2）由ρ=$\frac{m}{V}$得，氣凝膠的質(zhì)量：
m=ρV=1.6×10^-4g/cm³×100cm³=0.016g．
（3）氣凝膠吸附的有機(jī)溶劑質(zhì)量為m′=900m=900×0.016g=14.4g=0.0144kg
有機(jī)溶劑受到的重力為G=m′g=0.0144kg×10N/kg=0.144N．
故答案為：（1）密度；1.6×10^-4；（2）0.016；（3）0.144．

點(diǎn)評(píng) 此題以新材料的特點(diǎn)考查了密度單位的物理意義和計(jì)算公式的應(yīng)用，體現(xiàn)了物理知識(shí)與科學(xué)發(fā)展的密切關(guān)系，難度不大，注意單位換算要正確．