1931年，基斯特勒利用酒精超临界干燥技术，将液体从固体中分离出来，并保持气体结构不发生收缩和坍塌，从而得到了世界上的气凝胶。
气凝胶的定义
气凝胶是一种轻质纳米多孔非晶态固体材料，由纳米级微粒子相互聚集形成纳米级多孔网络结构，并在网络骨架中填充大量气态分散介质。
气凝胶不仅是一种功能材料，更是一种全新的物质状态。气凝胶状态在许多性质上与其他物质状态有着根本的不同。它拥有与固体物质相似的固定尺寸和形状，但其表观密度却可以从最高的1 g/cm³跨越到0.001 g/cm³（低于空气的密度）；同时，它具有海绵状的多孔结构，兼具微观（纳米级骨架）、宏观（凝聚态物质）和介观（多级和分形结构）的多重特性，使得气凝胶拥有许多独特的性能。它表现出极低的热导率、极低的弹性模量、极低的声子率、极低的折射率、低的介电常数、极低的声速、高的比表面积、极宽的密度和折射率分布等。
气凝胶的分类
气凝胶种类繁多，几乎涵盖了所有材料体系。一般按化学组成可分为有机气凝胶、无机气凝胶、复合气凝胶等。按主要成分又可分为硅系、碳系、硫系、金属氧化物系和金属系。
气凝胶的地位和作用
科学家表示气凝胶将改变世界。
气凝胶被美国《科学》杂志第10期列为十大热门科技问题之一。250年20月2007日，《泰晤士报》报道称，气凝胶是世界上最轻的固体，可承受1公斤炸药的爆炸力，并能使人免受1300摄氏度以上喷灯的高温。科学家们正在探索气凝胶在各个领域的应用，从超级隔热宇航服到超级电容器、催化剂，再到下一代网球拍。气凝胶有望与几代传奇材料相媲美，例如1930世纪1980年代的酚醛树脂、1990世纪XNUMX年代的碳纤维和XNUMX世纪XNUMX年代的硅胶。
气凝胶曾多次被载入吉尼斯世界纪录，成为世界上最轻的固体。气凝胶还具有极低的导热系数和折射率，其隔热性能比最好的玻璃纤维高出39倍。气凝胶已被用于俄罗斯和平号空间站和美国火星探测车的隔热，并在航空航天工业中发挥了至关重要的作用。
气凝胶发展史
1931年，美国斯坦福大学的Kistler首次制备出气凝胶。
1985年，德国维尔茨堡大学物理研究所组织了第一届气凝胶研讨会，即ISA。
1993年，气凝胶被用于隔离宇航服、航天器和航天飞机。
2002年，美国宇航局旗下的Aspen Aerogel公司成立，致力于研发和生产气凝胶。
2004年，国内科研机构开始进行气凝胶研究。
2006年，中国本土气凝胶企业开始研发气凝胶。
2017年，中国颁布，GB/T 34336-201，无孔气凝胶复合绝热制品
2021年，国务院印发《2023年碳达峰行动计划》，提出加快碳纤维、气凝胶、特种钢等基础材料研发。
气凝胶的关键特性
（1）超轻。气凝胶是世界上密度最小的固体，最小密度仅为空气质量的六分之一。密度变化范围一般为0.001~1g/cm³。
（2）高孔隙率、高比表面积。孔隙率为80%~99.9%，比表面积为200~1000m2/g，孔的典型尺寸为1~100nm。
（3）超级隔热性能。气凝胶纤细的纳米网络结构有效地限制了局部热激发的传播，其固态热导率比相应的玻璃态材料低2~3个数量级。
气凝胶隔热原理
减少热传递：气凝胶中无数纳米颗粒构成网状骨架，热量只能沿着无数纳米颗粒流动。热流只能沿着无数纳米颗粒传导，导致固体中的传热路径几乎无限。固体中的传热被降至最低水平。
抑制热对流：气凝胶的平均孔径为 20-40 nm，小于气体分子的平均自由程 69 nm，孔隙中的气体分子失去了自由移动的能力，使得对流几乎不可能发生。
减少热辐射：气凝胶中纳米颗粒形成的孔壁是红外线屏蔽层，无限多的屏蔽层大大减少了热辐射。
（4）催化。气凝胶的小粒径、高的比表面积和低的密度使得气凝胶催化剂的活性和选择性远高于常规催化剂，并且活性组分能够非常均匀地分散在载体中，同时还具有优异的热稳定性，可以有效减少副反应的发生。
（5）隔音性能。气凝胶的低声速特性使其成为理想的声学延时或高温隔声材料。气凝胶的声阻抗变化范围较大[103～107kg/(m1.5-s)]，是超声波探测器较为理想的声阻耦合材料。用于超声波发生器和探测器的压电陶瓷的声阻为107×400kg/(m1-s)，而空气的声阻仅为4kg/(m0.3-s)。采用厚度为30/XNUMX波长、密度约为XNUMXg/cm³的硅气凝胶作为压电陶瓷与空气之间的声阻耦合材料，可使声强提高XNUMXdB，提高声波的传输效率，降低器件应用中的信噪比。
（6）过滤性能。纳米结构气凝胶还可以作为一种新型高效气体过滤材料。由于其异常大的比表面积，气凝胶被科学家称为“超级海绵”，非常适合吸附水中的污染物，例如从水中吸出铅和汞，使其成为应对生态灾难的绝佳材料。
（7）光学性能。纯SiO₂气凝胶透明无色，其折射率（1.006~1.06）与空气非常接近，这意味着SiO₂气凝胶对入射光几乎没有反射损失，能够有效地透射太阳光。因此，可以用来制作隔热降噪玻璃。
更多信息或技术数据表和材料安全数据表，请通过电子邮件联系我们：[email protected]，或致电：+86-28-8411-1861。
部分图片及文字转载自网络，版权归原作者所有，如有侵权请联系我们删除。