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)用前景和價值，被譽(yù)為“改變世界的神奇材料”。
氣凝膠的14項吉尼斯世界紀(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
氣凝膠是1931年由美國斯坦福大學(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。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)用價值，一直未引起重視。
（二）軍工需求推動氣凝膠應(yīng)用
直到上世紀(jì)70年代，在法國軍方火箭推進(jìn)劑項目計劃的支持下，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、國防軍工領(lǐng)域的應(yīng)用。上世紀(jì)80年代，美國伯克利實(shí)驗室的Russo等人開發(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《Science》雜志把氣凝膠列為十大熱門科學(xué)之一。推動了氣凝膠在航空航天、國防軍工以及核工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，如美國NASA的“星塵計劃”項目、“火星登陸車計劃”項目等。
進(jìn)入21世紀(jì)，2002年，美國宇航局（NASA）下的Aspen system公司創(chuàng)立了世界上第一個商業(yè)化生產(chǎn)氣凝膠保溫材料的Aspen Aerogel公司，開始了氣凝膠在民用領(lǐng)域的市場化應(yīng)用。其后，美國Cabot公司通過收購德國氣凝膠制備技術(shù)開始商業(yè)化生產(chǎn)透明氣凝膠顆粒，推動了氣凝膠的深度應(yīng)用，應(yīng)用上了一個臺階。近年來，美國的Nanopore公司、Aerojet公司等以及歐盟的德國BASF公司、Hoechst公司也加入到氣凝膠的商業(yè)化應(yīng)用開發(fā)中。
（三）我國氣凝膠后來者居上
我國同濟(jì)大學(xué)在上個世紀(jì)九十年代首次將氣凝膠研究引入國內(nèi)，其后國防科技大學(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年開始涉入氣凝膠商業(yè)化活動，其后廣東埃立生高科涉入氣凝膠產(chǎn)業(yè)化，它們是我國最早涉入氣凝膠商業(yè)化的企業(yè)。目前，國內(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)和成本高企問題，并與湖南上懿豐新材料科技有限公司開啟了我國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，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的能力，而是相對的附著在納米纖細(xì)骨架上，導(dǎo)致氣凝膠的熱對流能力極低。
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
氣凝膠之所以被國外譽(yù)為“改變二十一世紀(jì)的神奇材料”，不但因為其具有眾多的優(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：用于開發(fā)太空探測、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。
國防軍工領(lǐng)域：用于提高海軍艦艇的動力裝置熱、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)污水的無公害治理。
新能源開發(fā)領(lǐng)域：用于高效太陽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，被動式防撞和防護(hù)部件，汽車尾氣高效過濾裝置等。
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：用于開發(fā)癌癥、糖尿病等新型藥物載體、藥物緩釋劑、止血劑等。農(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、保險柜以及柜臺等輕薄高效防彈、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。
