气凝胶是什么材料？

气凝胶是一种固体物质形态，世界上密度最小的固体之一。密度为3千克每立方米。一般常见的气凝胶为硅气凝胶，最早由美国科学工作者Kistler在1931年因与其友打赌制得。

气凝胶的种类很多，有硅系，碳系，硫系，金属氧化物系，金属系等等。

aerogel是个组合词，此处aero是形容词，表示飞行的，gel显然是凝胶。字面意思是可以飞行的凝胶。任何物质的gel只要可以经干燥后除去内部溶剂后，又可基本保持其形状不变，且产物高孔隙率、低密度，则皆可以称之为气凝胶。因为密度极低，目前最轻的气凝胶仅有016毫克每立方厘米，比空气密度略低，所以也被叫做“冻结的烟”或“蓝烟”。由于里面的颗粒非常小(纳米量级)，所以可见光经过它时散射较小(瑞利散射)，就像阳光经过空气一样。因此，它也和天空一样看着发蓝，如果对着光看则有点发红。

由于气凝胶中一般80%以上是空气，所以有非常好的隔热效果

一寸厚的气凝胶相当20至30块普通玻璃的隔热功能。即使把气凝胶放在玫瑰与火焰之间，玫瑰也会丝毫无损。

制备方法

气凝胶最初是由SKistler命名，由于他采用超临界干燥方法成功制备了二氧化硅气凝胶，故将气凝胶定义为:湿凝胶经超临界干燥所得到的材料，称之为气凝胶。在上世纪90年代中后期，随着常压干燥技术的出现和发展，科学界普遍接受的气凝胶的定义是:不论采用何种干燥方法，只要是将湿凝胶中的液体被气体所取代，同时凝胶的网络结构基本保留不变，这样所得的材料都称为气凝胶。

气凝胶的制备通常由溶胶凝胶过程和超临界干燥处理构成。在溶胶凝胶过程中，通过控制溶液的水解和缩聚反应条件，在溶体内形成不同结构的纳米团簇，团簇之间的相互粘连形成凝胶体，而在凝胶体的固态骨架周围则充满化学反应后剩余的液态试剂。为了防止凝胶干燥过程中微孔洞内的表面张力导致材料结构的破坏，采用超临界干燥工艺处理，把凝胶置于压力容器中加温升压，使凝胶内的液体发生相变成超临界态的流体，气液界面消失，表面张力不复存在，此时将这种超临界流体从压力容器中释放，即可得到多孔、无序，具有纳米量级连续网络结构的低密度气凝胶材料。

研究单位

国际上关于气凝胶材料的研究工作主要集中在德国的维尔茨堡大学、BASF公司、美国的劳伦兹·利物莫尔国家实验室，桑迪亚国家实

验室，法国的蒙彼利埃材料研究中心，日本高能物理国家实验室等。国内主要集中在同济大学波尔固体物理实验室、国防科技大学、清华大学、浙江大学、哈尔滨工业大学、爱彼爱和新材料有限公司。

重点应用

硅气凝胶纤细的纳米网络结构有效地限制了局域热激发的传播，其固态热导率比相应的玻璃态材料低2-3个数量级。通过掺杂的手段，可进一步降低硅气凝胶的辐射热传导，常温常压下掺碳气凝胶的热导率可低达0013w/mK，是目前热导率最低的固态材料，可望替代聚氨脂泡沫成为新型隔热材料，而掺入二氧化钛可使硅气凝胶成为新型高温隔热材料，800K时的热导率003w/m·K。

由于硅气凝胶的低声速特性，它还是一种理想的声学延迟或高温隔音材料。该材料的声阻抗可变范围较大(103-107kg/m2·s)，是一种较理想的超声探测器的声阻耦合材料，如常用声阻匝Zp=15x107 kg/m2s的压电陶瓷作为超声波的发生器和探测器，而空气的声阴只

有400kg/m2·s。用厚度为1/4波长的硅气凝胶作为压电陶瓷与空气的

初步实验结果表明，密度在300kg/m3左右的硅气凝胶作为耦合材料，

能使声强提高30dB，如果采用具有密度梯度的硅气凝胶，可望得到更高的声强增益。

在环境保护及化学工业方面。纳米结构的气凝胶还可作为新型气体过滤，与其它材料不同的是该材料孔洞大小分布均匀，气孔率高，是一种高效气体过滤材料。由于该材料特别大的比表而积，气凝胶在作为新型催化剂或催化剂的载体方而亦有广阔的应用前景。

其他用途

1制作火星探险宇航服

2002年，美国宇航局成立了一家公司，专门生产更结实更有韧性的气凝胶。美国宇航局2013年已经确定，在2018年火星探险时，宇航员们将穿上用新型气凝胶制造的宇航服。该公司的资深科学家马克·克拉杰沃斯基说，只要在宇航服中加入一个18毫米厚的气凝胶层，

那么它就能帮助宇航员打住1300℃的高温和零下130℃的超低温。

“这是我见过的最有效的恒温材料。"马克如是说。

2、防弹不怕被炸

防弹是新型气凝胶的第二个重要用途。美国宇航局的这家公司正在对用气凝胶建造的住所和军车进行测试。根据试验室的试验情况来看，如果在金属片上加一层厚约6毫米的气凝胶，那么，就算炸药直接炸中，对金属片也分毫无伤。

3、可处理生态灾难

环保是新型气凝胶的第三个重要作用。科学家们将气凝胶亲切地称为“超级海绵”，因为其表面有成百上千万的小孔，所以是非常理

想的吸附水中污染物的材料。美国科学家新发明的气凝胶居然能吸出

水中的铅和水银。据这位科学家称，这种气凝胶是处理生态灾难的绝

好材料，比如说1996年海上快车”油轮沉没后，72000吨原油外泄，如果当时用上这种材料的话，那么就不会导致整个海岸受到严重的污染。