氣凝膠被認(rèn)為是世界上輕的固體，又因?yàn)楦弑缺砻娣e和低熱導(dǎo)率的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空航天器防熱材料。1999年，美國國家航空航天局（NASA）研制出了密度為 3 mg/cm3的二氧化硅氣凝膠，成為當(dāng)時(shí)世界上輕的固體材料。但是，由于硅氣凝膠材料脆性、濕度敏感等特性限制了其使用，NASA多年來一直在支持開展耐久性氣凝膠的相關(guān)研究工作。
硅氣凝膠材料
基于一項(xiàng)航天器著陸用的輕質(zhì)、柔韌的超音速充氣減速器材料的需求，NASA格倫研究中心（GRC）的研究人員首先開展了采用聚合物增強(qiáng)硅氣凝膠來提高其耐用性的研究，發(fā)現(xiàn)聚合物增強(qiáng)的硅氣凝膠相比硅氣凝膠密度加倍、比表面積減少30%～50%，但強(qiáng)度提升了兩個(gè)數(shù)量級。
聚合物增強(qiáng)硅氣凝膠提高耐用性
盡管如此，其強(qiáng)度仍不能滿足航天器減速材料的要求。此后，又與阿克倫大學(xué)合作開展了八氨苯基（POSS）交聯(lián)的聚酰亞胺氣凝膠，制備出密度為0.12 g/cm3、孔隙率為90%的聚酰亞胺氣凝膠。這種材料可以經(jīng)受1100 °F的溫度達(dá)90 s，從而確保進(jìn)入大氣層時(shí)不會(huì)燃燒；強(qiáng)度是聚合物增強(qiáng)的硅氣凝膠的 5 倍，可制成更薄（厚度0.5 mm）的材料以滿足可折疊儲(chǔ)存在航天器中的要求，很好地克服了硅氣凝膠在重量、成本、柔韌性、耐久性等方面的不足。
柔性聚酰亞胺氣凝膠
基于氣凝膠和纖維材料，NASA開始研制能夠滿足航天器結(jié)構(gòu)材料和防熱材料要求的多功能復(fù)合材料。如NASA肯尼迪航天中心（KSC）的研究人員開發(fā)了一種多功能氣凝膠/纖維混雜層壓復(fù)合材料的制造方法，可以通過選擇不同的纖維層（如聚酯、碳纖維、Kevlar?纖維、Spectra?纖維、Innegra纖維或其組合）、不同的氣凝膠層厚度及不同的復(fù)合結(jié)構(gòu)，制成不同功能或多功能的復(fù)合材料。這種輕量化、高強(qiáng)度的多功能復(fù)合材料可滿足航空航天器在防熱、耐沖擊、能量吸收、吸音等方面的要求，并可在汽車、船舶、建筑、液化天然氣輸送、運(yùn)動(dòng)器材及軍事防護(hù)等諸多領(lǐng)域應(yīng)用。
航天應(yīng)用案例：充氣式減速器
為了實(shí)現(xiàn)載人火星登陸計(jì)劃，NASA正在開發(fā)重載荷運(yùn)輸技術(shù)，超音速充氣式氣動(dòng)減速器（HIAD）是一項(xiàng)可為航天器制動(dòng)提供有效載荷和體積效益的解決方案。2006年，NASA成立了一項(xiàng)名為“先進(jìn)大氣層充氣式減速器”（Advance Inflatable Decelerators for Atmospheric Entry，PAIDAE）的項(xiàng)目，并研制了由外層、絕熱層、氣密層組成的，直徑為3~12 m的HIAD。
民用案例：戶外服裝及裝備
2015年，F(xiàn)LEXcon公司從NASA GRC獲得了該柔性氣凝膠技術(shù)的許可，并與同樣正在開展聚酰亞胺氣凝膠研發(fā)的Blueshift公司合作，以更大規(guī)模地生產(chǎn)這種符合NASA高規(guī)格的氣凝膠材料。除了在極端環(huán)境下使用的管道隔熱產(chǎn)品等，F(xiàn)LEXcon公司還正在開發(fā)聚酰亞胺氣凝膠戶外用品，如戶外服裝、手套、鞋靴、帳篷等。
