氣凝膠不同于我們傳統(tǒng)思維中的“膠”，它是一種固體物質(zhì)形態(tài)，目前更輕的硅氣凝膠密度僅為3kg/m3，因其密度極低，所以也被叫做“凍結(jié)的煙”或“藍(lán)煙”，曾獲得吉尼斯紀(jì)錄“世界上更輕的固體”稱號(hào)。更早是在1931年，由S.Kistler采用超臨界干燥方法成功制備出SiO2氣凝膠。由于氣凝膠中一般80%以上是空氣，所以有非常好的隔熱效果，一寸厚的氣凝膠相當(dāng)20至30塊普通玻璃的隔熱功能。即使把氣凝膠放在玫瑰與火焰之間，玫瑰也會(huì)絲毫無(wú)損。氣凝膠在航天探測(cè)上也有多種用途，在俄羅斯“和平”號(hào)空間站和美國(guó)“火星探路者”的探測(cè)器上都有用到這種材料。
而隨著建筑節(jié)能要求的提高，倒逼企業(yè)對(duì)傳統(tǒng)管道保溫材料進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新或研發(fā)新型高效的保溫材料，氣凝膠作為世界公認(rèn)的更好的管道保溫材料，在建筑節(jié)能領(lǐng)域掀起了一場(chǎng)全新的變革。
1.氣凝膠在節(jié)能門窗的應(yīng)用
就目前典型的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)而言，通過(guò)門窗損失的熱量約占建筑總的熱量損失的40%~50%，并且隨著人們居住環(huán)境的提高，門窗面積還要不斷增加，節(jié)能玻璃的應(yīng)用對(duì)整個(gè)建筑節(jié)能將起到重要的作用。氣凝膠節(jié)能玻璃相對(duì)真空玻璃、夾層玻璃等傳統(tǒng)節(jié)能玻璃有著諸多優(yōu)點(diǎn)。
科學(xué)家通過(guò)仿真模擬，將其制備的真空氣凝膠玻璃替換三層充氬氣中空玻璃安裝于建筑門窗上。其模擬實(shí)例為處在丹麥氣候的居民住宅，其中兩棟符合丹麥保溫建筑標(biāo)準(zhǔn)，另兩棟復(fù)合丹麥節(jié)能建筑標(biāo)準(zhǔn)(房屋取暖耗能<15kwh/m2/a)。通過(guò)計(jì)算房屋的年取暖耗能量來(lái)比較兩種玻璃的節(jié)能性能。普通居民住房相對(duì)中空玻璃氣凝膠玻璃年節(jié)能量為1180kwh/a，約19%，而在節(jié)能住宅中這一數(shù)字是700kwh/a，占到了總耗能的34%。真空氣凝膠玻璃不僅更節(jié)能也有非常不錯(cuò)的視覺(jué)效果。
2.氣凝膠在建筑管道中的使用
氣凝膠氈具有超高隔熱性和疏水性等優(yōu)點(diǎn)，是一種理想的管道保溫材料。下圖是氣凝膠氈管道保溫層的結(jié)構(gòu)，緊貼管道前一層的為卷繞管道的氣凝膠保溫氈，該層為保溫結(jié)構(gòu)的主要保溫層，外層為金屬保護(hù)層和綁帶，提供了機(jī)械和戶外風(fēng)吹日曬雨淋的防護(hù)，如果卷繞多層氣凝膠氈可采用錯(cuò)位搭接方式提高保溫性能。
氣凝膠氈有較好的柔性與抗拉、抗壓強(qiáng)度，施工方便快捷，另外氣凝膠氈的整體疏水性使其在整個(gè)使用周期導(dǎo)熱系數(shù)幾乎沒(méi)有變化。與傳統(tǒng)管道保溫材料相比，氣凝膠保溫結(jié)構(gòu)保溫性能明顯好于其他材料。根據(jù)美國(guó)阿斯彭公司的估算，平均每公里的高溫蒸汽管道在使用中僅能耗一項(xiàng)就可以帶來(lái)250萬(wàn)美元的節(jié)省，而在建筑供熱管道保溫材料改造中，理想情況下一年左右即可以節(jié)省下改造所投入的成本。
3.氣凝膠板在墻壁和屋頂中的使用
傳統(tǒng)的墻壁和屋頂保溫材料分為無(wú)機(jī)材料和有機(jī)材料，占據(jù)保溫材料市場(chǎng)80%的有機(jī)保溫材料聚苯泡沫板防火阻燃性不佳，無(wú)機(jī)保溫材料如巖棉、玻璃棉等大多密度大且保溫效果欠佳。氣凝膠板具有低熱導(dǎo)率、低密度、高阻燃性是墻壁和屋頂?shù)睦硐氲谋夭牧?。下圖展示了目前常見(jiàn)的氣凝膠板保溫層，其中包括墻壁保溫層和屋頂保溫。該結(jié)構(gòu)的主要保溫層是氣凝膠板，其導(dǎo)熱系數(shù)在常溫下可到達(dá)0.013w/m·k，幾乎只有擠塑聚苯板的三分之一，更是遠(yuǎn)低于其它建筑管道保溫材料，具有高效的保溫隔熱性能。氣凝膠板還可以起到吸聲降噪的功能，該結(jié)構(gòu)還可以有效的阻絕噪聲。此結(jié)構(gòu)使用的氣凝膠氈和板燃燒性能為A1級(jí)，為完全不燃性材料，解決了建筑保溫與建筑防火無(wú)法共存的巨大矛盾。氣凝膠氈或板密度低于200kg/m3，施工時(shí)方便的同時(shí)也減輕了整棟建筑的重量。
4.氣凝膠在涂料中的應(yīng)用
氣凝膠粉體可以應(yīng)用在涂料中，做成具有保溫效果的保溫涂料，起到補(bǔ)充保溫作用。有研究人員分別以空心微珠、自制的SiO2氣凝膠為隔熱填料，添加到丙烯酸酯白色外墻涂料中制成隔熱涂料，通過(guò)自制的測(cè)量裝置測(cè)得SiO2氣凝隔熱涂料隔熱性能明顯優(yōu)于空心微珠隔熱涂料。還有研究人員用穩(wěn)定劑愛(ài)利索TMRM825 對(duì)SiO2氣凝膠進(jìn)行改性并制備成漿料，以水性丙烯酸樹(shù)脂為成膜物，在助劑的配合下制得水性納米透明隔熱涂料，結(jié)果表明玻璃涂覆膜厚為20~25μm時(shí)，涂膜有良好的機(jī)械性能，可見(jiàn)光透過(guò)率大于89%，透明性好，同時(shí)有較好的隔熱效果。氣凝膠涂料不僅可以應(yīng)用在外墻體的保溫中，還可以應(yīng)用在建筑內(nèi)墻保溫和建筑頂部保溫和建筑底部保溫。2010年上海世博會(huì)零碳館及萬(wàn)科實(shí)驗(yàn)樓應(yīng)用了該種涂料，表明這種涂料具有突出的節(jié)能效果。
作為混凝土添加劑氣凝膠還可以用于降低混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)。國(guó)外的研究人員開(kāi)展了混凝土基料中摻入不同量的疏水或親水SiO2氣凝膠粉末的研究，混凝土塊的熱導(dǎo)率隨著SiO2氣凝膠粉末含量的增加而減少，但抗壓強(qiáng)度會(huì)有所降低，收縮率也會(huì)有所增大。據(jù)此特點(diǎn)可將添加SiO2氣凝膠的混凝土用于非承重墻，或是作為粘結(jié)試劑使用的水泥砂漿。隨著混凝土助劑的發(fā)展，可以加入助劑來(lái)補(bǔ)充損失的力學(xué)性能。
