氣凝膠是世界最輕的固體材料，又被稱為“藍(lán)色的煙”、“凝固的煙”、“固體的煙”。其集眾多優(yōu)異特性于一身，如超低的導(dǎo)熱系數(shù)、聲傳播速度、介電常數(shù)與折射率，高的吸能、比表面積與孔隙率，而且透明，在國(guó)防軍工、航空航天、核工業(yè)以及民用領(lǐng)域有著廣泛而巨大的應(yīng)用前景和價(jià)值，被譽(yù)為“改變世界的神奇材料”。
氣凝膠的14項(xiàng)吉尼斯世界紀(jì)錄
- 最低密度的固體（<1.05kg/m3）
- 最寬的密度范圍（>7×102）
- 最小的孔徑（～5nm）
- 最高的孔洞率（>99.9%）
- 最低的導(dǎo)熱率（<0.015w/m·k）
- 最低的聲速傳播（<70m/s）
- 最低的介電常數(shù)（<1.003）
- 最低的折射率（<1.003）
- 最低的損耗角正切(<10-4)
- 最寬的壓縮模量（>7×10^6）
- 最高的聲阻抗(10^6 kg/)
- 最寬的折射率范圍（116%）
- 最低的楊氏模量（<10^5 N/M2)
- 第一次實(shí)現(xiàn)從彗星采集樣品
氣凝膠起源與發(fā)展
（一）氣凝膠發(fā)明于美國(guó)
氣凝膠是1931年由美國(guó)斯坦福大學(xué)Kistler博士發(fā)明的。它的發(fā)明者之所以將其命名為氣凝膠，主要是用空氣替換凝膠，即在沒(méi)有破壞凝膠固態(tài)結(jié)構(gòu)的狀況下，用空氣將膠體中的液體組分替換出來(lái)。盡管這一有趣的材料擁有一些奇異的性質(zhì)，但是，由于當(dāng)時(shí)氣凝膠制備工藝復(fù)雜且制造成本高昂等原因，加之又未發(fā)現(xiàn)氣凝膠的應(yīng)用價(jià)值，一直未引起重視。
（二）軍工需求推動(dòng)氣凝膠應(yīng)用
直到上世紀(jì)70年代，在法國(guó)軍方火箭推進(jìn)劑項(xiàng)目計(jì)劃的支持下，Stanislaus Teichner等人找到一種新的凝膠合成方法，顯著縮短了氣凝膠制備周期，推進(jìn)了氣凝膠在航空航天、國(guó)防軍工領(lǐng)域的應(yīng)用。上世紀(jì)80年代，美國(guó)伯克利實(shí)驗(yàn)室的Russo等人開(kāi)發(fā)出實(shí)用性更強(qiáng)的TEOS的使用和二氧化碳超臨界干燥新技術(shù)后，才推動(dòng)并使氣凝膠的商業(yè)化生產(chǎn)成為可能。進(jìn)入上世紀(jì)90年代以后，掀起了世界第一次氣凝膠熱潮，美國(guó)《Science》雜志把氣凝膠列為十大熱門科學(xué)之一。推動(dòng)了氣凝膠在航空航天、國(guó)防軍工以及核工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，如美國(guó)NASA的“星塵計(jì)劃”項(xiàng)目、“火星登陸車計(jì)劃”項(xiàng)目等。
進(jìn)入21世紀(jì)，2002年，美國(guó)宇航局（NASA）下的Aspen system公司創(chuàng)立了世界上第一個(gè)商業(yè)化生產(chǎn)氣凝膠保溫材料的Aspen Aerogel公司，開(kāi)始了氣凝膠在民用領(lǐng)域的市場(chǎng)化應(yīng)用。其后，美國(guó)Cabot公司通過(guò)收購(gòu)德國(guó)氣凝膠制備技術(shù)開(kāi)始商業(yè)化生產(chǎn)透明氣凝膠顆粒，推動(dòng)了氣凝膠的深度應(yīng)用，應(yīng)用上了一個(gè)臺(tái)階。近年來(lái)，美國(guó)的Nanopore公司、Aerojet公司等以及歐盟的德國(guó)BASF公司、Hoechst公司也加入到氣凝膠的商業(yè)化應(yīng)用開(kāi)發(fā)中。
（三）我國(guó)氣凝膠后來(lái)者居上
我國(guó)同濟(jì)大學(xué)在上個(gè)世紀(jì)九十年代首次將氣凝膠研究引入國(guó)內(nèi)，其后國(guó)防科技大學(xué)、清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、山東大學(xué)、南京工業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)、中南大學(xué)等眾多高等院校相繼進(jìn)入氣凝膠研究領(lǐng)域。紹興納諾高科公司2004年開(kāi)始涉入氣凝膠商業(yè)化活動(dòng)，其后廣東埃立生高科涉入氣凝膠產(chǎn)業(yè)化，它們是我國(guó)最早涉入氣凝膠商業(yè)化的企業(yè)。目前，國(guó)內(nèi)已有幾十家公司涉入氣凝膠行業(yè)，但大部分均涉及氣凝膠纖維復(fù)合保溫材料技術(shù)領(lǐng)域。2013年中南大學(xué)盧斌博士團(tuán)隊(duì)攻克了氣凝膠世界性難題-大尺寸完整透明氣凝膠制備技術(shù)和成本高企問(wèn)題，并與湖南上懿豐新材料科技有限公司開(kāi)啟了我國(guó)高端透明氣凝膠的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。隨著生產(chǎn)規(guī)模提升，未來(lái)成本仍有極大的降低空間，將極大地推進(jìn)高端氣凝膠的商業(yè)化進(jìn)程。
氣凝膠隔熱原理
1、零對(duì)流效應(yīng)
理論研究表明，當(dāng)氣凝膠中的氣孔尺寸小于70nm時(shí)，由于空氣和納米纖細(xì)骨架之間的相互作用，空氣分子失去了自由流動(dòng)的能力，而是相對(duì)的附著在納米纖細(xì)骨架上，導(dǎo)致氣凝膠的熱對(duì)流能力極低。
2、納米纖細(xì)骨架阻熱效應(yīng)
熱傳導(dǎo)主要沿著構(gòu)成氣凝膠的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的納米纖細(xì)骨架進(jìn)行，由于骨架纖細(xì)（~1nm），再者進(jìn)一步延長(zhǎng)了傳熱路徑，導(dǎo)致氣凝膠的傳熱能力接近最低極限。
3、多壁阻隔效應(yīng)
熱輻射波在氣凝膠中會(huì)受到納米纖細(xì)骨架和氣孔之間界面的不斷散射，由于氣凝膠的氣孔為納米孔，且孔隙率極高，相當(dāng)于增加了無(wú)數(shù)的散射中心，限制了輻射自由程，導(dǎo)致氣凝膠的熱輻射能力接近最低極限。
氣凝膠應(yīng)用領(lǐng)域
氣凝膠之所以被國(guó)外譽(yù)為“改變二十一世紀(jì)的神奇材料”，不但因?yàn)槠渚哂斜姸嗟膬?yōu)異特性和高性能化，而且還可廣泛應(yīng)用于亟需高性能化的眾多領(lǐng)域：包括國(guó)防軍工、航空航天、核工業(yè)、安保反恐以及傳統(tǒng)工業(yè)節(jié)能減排、建筑節(jié)能、環(huán)境治理、新能源開(kāi)發(fā)、交通運(yùn)輸以及民生工程領(lǐng)域等。
太空領(lǐng)域：用于開(kāi)發(fā)太空探測(cè)、火箭等裝備高性能的冷、熱防護(hù)和著陸系統(tǒng)的抗沖擊防護(hù)、太空粒子的捕獲等。
國(guó)防軍工領(lǐng)域：用于提高海軍艦艇的動(dòng)力裝置熱、聲環(huán)境控制和艦艇隱身、艦艇的抗爆損傷性能等以及實(shí)現(xiàn)輕量化。用于提高空軍飛機(jī)智能蒙皮、機(jī)身的抗爆損、發(fā)動(dòng)機(jī)的熱防護(hù)和重裝空投設(shè)備著陸防護(hù)等性能以及輕量化。用于提高坦克、裝甲戰(zhàn)車等裝備的熱防護(hù)、防爆、隱身以及單兵防護(hù)裝備等性能并減重。提高火箭、導(dǎo)彈等推進(jìn)劑的安全防護(hù)水平等。用于核工業(yè)中的倫科夫核輻射介質(zhì)檢測(cè)和核裝置的熱、輻射的防護(hù)等。
建筑節(jié)能領(lǐng)域：用于發(fā)展高性能、智能化的節(jié)能門窗、玻璃幕墻以及采光頂?shù)?，發(fā)展裝配式建筑的高性能隔熱保溫防火裝飾一體化墻體構(gòu)件或部品；高性能建筑鋼結(jié)構(gòu)防火涂料、高性能建筑功能涂料等。
工業(yè)節(jié)能減排領(lǐng)域：用于冶金、石油化工、石油運(yùn)輸、石油勘采、熱電廠等行業(yè)中的設(shè)備和管道的高效節(jié)能降耗，工業(yè)廢氣和工業(yè)污水的無(wú)公害治理。
新能源開(kāi)發(fā)領(lǐng)域：用于高效太陽(yáng)能集熱裝置的透明保溫材料、高效熱電轉(zhuǎn)化裝置的隔熱材料以及鋰電池的高容量負(fù)極材料、燃料電池中的燃料儲(chǔ)存部件等。
環(huán)境治理領(lǐng)域：用于污水中重金屬、有害有機(jī)物等的高效吸附處理，危險(xiǎn)物和石油泄漏的高效吸附緊急處理，大氣污染物的捕獲以及海水淡化設(shè)備中微量離子的高效去除。
交通運(yùn)輸領(lǐng)域：用于交通運(yùn)輸工具的透明與非透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)的高效隔熱保溫、減振降噪，被動(dòng)式防撞和防護(hù)部件，汽車尾氣高效過(guò)濾裝置等。
精細(xì)化工領(lǐng)域：用于高效化學(xué)合成（如高效催化劑、吸附劑、萃取劑等），開(kāi)發(fā)高性能化妝品（如防曬、隔離霜等）、牙膏洗面奶中的新型摩擦劑和觸變劑。
生物醫(yī)藥領(lǐng)域：用于開(kāi)發(fā)癌癥、糖尿病等新型藥物載體、藥物緩釋劑、止血?jiǎng)┑取＾r(nóng)藥領(lǐng)域：高效殺菌劑、除草劑的載體等。
電子產(chǎn)品領(lǐng)域：用于超大集成電路的絕緣材料、高敏感傳感器材料、高精度探測(cè)器材料以及高清顯示屏幕減反射涂層材料等。
家用電器領(lǐng)域：用于透明冰箱、微波爐等高效節(jié)能材料，空氣凈化器、凈水器的高效過(guò)濾、吸附材料等。
戶外體育用品領(lǐng)域：用于超輕高效防寒服、野外帳篷等；金融、安防領(lǐng)域：運(yùn)鈔車、保險(xiǎn)柜以及柜臺(tái)等輕薄高效防彈、防爆材料；工藝品領(lǐng)域：室內(nèi)污染物高效吸附的環(huán)保多功能裝飾品等。
