在一个视频中，一个男人徒手拿起一块刚烤的红彤彤立方体，表情看起来很轻松。真的假的？
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首先得说明的是，这个视频拍摄于肯尼迪航天中心的科普演示，视频不是假的，也不是什么魔术。
只是这个人手里的材料并不普通：LI-900隔热瓦。它是什么东西？
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在20世纪70年代初期，NASA开始寻找合适的材料来用于航天飞机的隔热瓦，以应对重返大气层时的极端热环境。该材料需要具备良好的隔热性能，同时必须非常轻便，以减轻航天器的总重量。
模拟航天飞机在再入大气层时外部温度升至超过 1500°C 的过程 图源：维基百科
最终，工程师们选择了二氧化硅 (SiO₂) 作为基础材料。经过大量实验，开发出了一种由高纯度二氧化硅纤维制成的材料，称为 LI-900。该材料的纤维直径非常小，约1-3微米（大约为人类头发直径的1/25），而且94%的体积是空气，密度为 0.144 g/cm³，它的轻质就像泡沫塑料一样。
LI-900 材料 图源：网络
另外，LI-900 的导热系数为 0.048-0.068 W/(m·K)，这意味着它的隔热性能非常优越，热量在其中传递非常缓慢。可以把它想象成冬天里的羽绒服，尽管外面很冷，但内层的温暖很难通过羽绒传递到外面，保持温暖。
而它的比热容为 628 J/(kg·K)，这个值表示它只会吸收少量热量。这类似于薄的铁锅加热后不会保持很长时间的温度，LI-900 也可以在加热后快速释放热量，从而在短时间内接触时不会感觉到极高的温度。
这些特点使得它具有极低的热导率和非常高的隔热性能。
视频中，LI-900立方体在1200度工业炉烘烤红温后，由于它的导热系数极低，热量在材料中的传递非常缓慢，因此高温主要集中在表面。
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如果你注意看，你会发现这个男子是在取出后静置了几秒钟才去摸的。
静置几秒钟后，LI-900表面的热量能够通过自然对流和辐射迅速散发，尤其是在边缘和角处，这些位置散热效率最高。这样即便立方体整体的温度非常高，表面温度也会在短时间内有所降低，减少烫伤的风险。
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而且，你会发现他手持的部位位于立方体边角。边角部分之所以特别适合触碰，是因为边角相对较大的表面积使热量容易散发出去，且它与空气的接触面较大，散热速度也快。这些特性使得LI-900成为航天飞机的理想隔热材料，能够在重返地球大气层时有效隔绝外界的高温，保护航天器不受损坏。
但LI-900并不是没有缺点。LI-900 瓦片非常轻且多孔，但也因此非常脆弱。它们容易受到外力影响，比如在地面操作中碰撞或者微小的撞击。这导致瓦片在航天器发射、着陆及处理过程中的损坏频率较高。由于它们主要由高纯度的二氧化硅纤维构成，内部气孔的设计虽然有效隔热，但使得瓦片在机械应力下容易破裂和剥落。
2003年，哥伦比亚号在重返大气层的过程中解体，导致机上7名宇航员全部遇难。灾难发生的原因是，在航天飞机发射过程中，外部燃料箱上的一块泡沫绝缘材料脱落，撞击了左翼的隔热瓦，造成瓦片损坏。由于受损，LI-900 瓦片无法有效隔热，导致航天飞机在重返地球时热量侵入翼结构，最终使航天器解体。
LI-900是第一代隔热瓦材料，之后的发展包括LI-2200和FRCI-12等更高密度和强度的材料。例如，FRCI-12瓦片不仅增强了耐热性，还具有更高的抗冲击能力，适用于需要更高强度保护的航天器部位。
给一块隔热瓦加热，另一侧完全不用担心被烫 图源：网络
AETB-8和AETB-12是经过铝增强的隔热材料，比LI-900瓦更轻，隔热性能也更好，能应对更极端的温度变化，同时在保护性能和机械强度方面有所平衡。
撰文 | 苏澄宇
来源：把科学带回家
编辑：月
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