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硅胶是什么?为什么你买什么东西都会附带一包?

硅胶小包是保持薯片酥脆的便捷解决方案。了解这些小包装背后的科学原理,以及为什么 NASA 也会使用它们。

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图片来源:jakkrit pimpru/Shutterstock

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在鞋盒、牛肉干包装袋和电视机防震气泡膜中,藏着印有清晰“请勿食用”警告的小白包。这些就是硅胶包,它们是全球各地人们用来保持产品在最佳湿度水平的解决方案。

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硅胶包

由于内部二氧化硅分子的化学结构特性,这些小包可以吸收高达其自身重量 40% 的水分。虽然我们与硅胶的接触最多的方式就是这些小包,但这种材料也悄悄地进入了许多你可能从未见过,更不用说送到你家门口的产品中。

干燥剂

严格来说,硅胶包属于干燥剂——这是一类能吸收水分的材料。膨润土,一种来源于火山灰的物质,以及其他化学物质,如氯化钙,也与硅胶包出现在类似的地方,其目的相同:让水远离那些不应受潮的产品。

电子产品尽管看起来防护严密,但并非防水。空气中的水分会渗入外壳的缝隙,并直接通过塑料被吸收。湿度也会侵入食品包装,破坏零食的酥脆或嚼劲,并促进霉菌生长。


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硅胶包的用途是什么?

硅胶包的工作原理是,当空气中水分过多时吸收水分,而当空气过于干燥时,则释放一些已吸收的水分。硅胶本身基本上是水和硅(沙子的主要成分)的混合物。这些成分结合在一起,形成颗粒。仔细观察,这些颗粒由分子网构成,具有类似海绵的结构。这些分子之间和内部的微小空隙,就是硅胶能如此有效地吸附水分的原因。

潮湿空气中的水会凝结在硅胶的固体部分上。水滴会聚集并慢慢积累,最终与附近硅胶分子上的水分沉积物接触,然后合并。维也纳自然资源和生命科学大学的工程师 Sabine Leroch 和 Martin Wendland 在 2013 年的一篇论文中描述了这一过程:“液态水在分隔颗粒的空腔中形成桥梁。” 水分子紧密地相互以及与硅胶结合,同时填充包装内每个颗粒的内部结构——即使在相对饱和的情况下,每包摸起来也感觉是干燥的。

硅胶走向火星

由于硅胶会吸附凝结在其化学结构上的水分,因此这个过程是可以逆转的。热量足以打破硅胶与水之间相对较弱的键,让水分蒸发掉。这就是为什么丹麦技术大学的一组工程师正在研究电子产品是否能提供足够的热量来干燥塑料外壳内的干燥剂。

该团队推测,如果这些吸湿添加剂在设备关闭时发挥作用,那么设备运行时产生的热量或许可以去除干燥剂吸收的水分,使其工作更长时间。他们发现,硅胶可能对电子设备的加热响应不佳,但其他干燥剂可能能够实现这一目标。

硅胶包的用途

研究人员正在不断试验硅胶包和其他干燥剂,以了解这些材料能实现什么。例如,一组微生物学家将肺炎链球菌的样本放入单独的包装袋中,并发现硅胶在实验室之间的运输过程中能很好地保持这种潜在病原体的存活。

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研究人员也很乐意改进硅胶的形态。对于制造商需要更薄或更分散的除湿技术的情况,工程师们开发了薄片和粉末状的硅胶。气凝胶——一种硅胶变体,是一种固体泡沫——在靴子火星探测器上提供了良好的绝缘效果。

硅胶包有毒吗?

尽管硅胶用途广泛,但绝不应该将它用作零食。说实话,硅胶是无毒的。如果有人吞食了一个小包,里面的物质很可能不会引起疾病。根据伊利诺伊州毒物控制中心的数据,最大的问题是吞咽了包装袋本身。儿童最有可能认为这些小包是食物的一部分,但患有痴呆症的人有时也难以分辨什么该吃,什么不该吃。

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对于一些更有害的干燥剂来说,这可能是一个问题——至少有一份记录显示,一名患有痴呆症的个体摄入了名为氧化钙的干燥剂,并导致口腔化学灼伤。由于有时会混淆小包中到底是什么物质,亚利桑那州中毒与药物信息中心建议,如果有人吞食了干燥剂小包,应致电毒物控制中心,以防万一。


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