但近年来，气凝胶已商业化，并在其他各种领域找到了用途。气凝胶是一种先进材料，由于其超多孔结构，工程师不仅可以设计用于宇航服和车辆的新型隔热材料，还可以设计过滤器、电池、太阳能集热器等。

事实上，气凝胶并不是一种材料。相反，它们是一种特殊形式的固体，可以由二氧化硅、聚合物、氧化物、碳和其他材料制成。尽管气凝胶是固体，但它们含有许多微小的孔隙，以至于它们主要由空气组成。

1、气凝胶是由什么制成的?

气凝胶是纳米多孔材料，这意味着虽然它们是固体，但它们充满了微小的充满空气的孔，称为孔隙。这些孔隙是气凝胶独特性能的关键。虽然许多材料都是多孔结构的，例如橡塑和陶瓷纤维等，但气凝胶的孔隙的大小达到纳米级别。

在气凝胶中，孔隙构成了材料的大部分，从而形成了超轻固体材料。气凝胶中的孔隙也非常小，远小于人类的头发，小到肉眼无法看到。因此，气凝胶非常轻且半透明，因此有“固体云”和“冷冻烟雾”等别称。

2、气凝胶的主要特性是什么?

气凝胶的多孔性很高，其体积的 95% 是空气，这赋予了它们各种不同寻常的特性。

其中一个事实是，它们是有史以来制造或发现的最轻的材料，这使得它们在重量减轻至关重要的航空航天应用中特别有用。

气凝胶的特性包括：极低的密度、极低的导热率、用于催化或电化学反应的高表面积以及半透明性。这些独特性能的关键在于，气凝胶不仅具有高度多孔性，而且孔隙也极小，小到肉眼无法看到。这意味着气凝胶不仅受益于孔隙内空气的低导热率，而且空气不易流动，这进一步增强了其作为隔热体的能力。

3、如何制造气凝胶?

尽管它的名字如此，气凝胶并不是凝胶，它们是高度多孔的固体，主要由空气组成。

气凝胶最初是液体，转变成凝胶，然后除去液体。它们独特的孔隙结构是通过保留时产生的结构而形成的微小颗粒在液相中结合在一起。诀窍是去除液体，同时保留颗粒之间的空间。这些空间成为气凝胶中的孔隙。最常见的气凝胶类型是通过“溶胶-凝胶”工艺由二氧化硅制成。

在这里的“溶胶”是通过将微小的固体颗粒与液体溶剂混合制成的。然后通过添加一种催化剂将溶胶制成“凝胶”，使颗粒彼此粘合，从而使混合物凝固。随后通过干燥除去液体溶剂，仅留下固体气凝胶。

气凝胶的加工对于创造其独特的微观结构至关重要。如果没有半液态凝胶相留下的超小孔，气凝胶就不会具有如此低的密度或如此出色的绝热体。

4、气凝胶有哪些应用?

气凝胶不是一种特定的材料，而是一种经过加工使其具有额外多孔性的材料。最常见的气凝胶是由二氧化硅(SiO2)制成的，但也有由石墨烯、氧化铁、聚合物等制成的气凝胶。

气凝胶还以多种形式出现，包括板、卷毡、涂料、粉末等。气凝胶可用于多种应用，并且可在商业上用作绝缘材料。然而，研究人员一直在为这些卓越的材料开发几种其他技术应用。

5、隔热、透光

气凝胶的低导热率和低密度使其成为优异的隔热材料。还有一个额外的优点，气凝胶非常轻，几乎不会给结构增加任何重量。

气凝胶也是出色的绝缘体，可用于需要柔韧性的薄层，例如宇航服。有些气凝胶是半透明的，这意味着它们可以用于传统隔热材料无法使用的地方，例如窗户和太阳能电池板。无论是用于陆地建筑物的天窗还是未来太空栖息地的窗户，气凝胶都会传输光但阻挡热量的传递。

这使得它们非常适合使结构更容易加热和冷却，同时还能让更多的自然光进入。气凝胶还被用作下一代太阳能集热器的涂层，气凝胶允许光穿过，但防止热量逸出。气凝胶阻止热量流动的能力也使其可用作一种伪装形式，并且气凝胶涂层已被测试为一种隐藏红外摄像机的方法。

6、吸附器和过滤器

气凝胶内部的微小孔隙赋予它们特别高的比表面积，这意味着大量的固体材料与其周围环境接触。当气凝胶由吸引并粘附某些分子或颗粒的材料制成时，它们可以用作过滤器和吸附剂，将物质捕获在孔内。气凝胶吸附剂的一个熟悉的“亲戚”——硅胶，它通常用作干燥剂以去除空气中的水分。

大多数人都熟悉用于在空调系统和其他应用中保持食物和其他物品干燥的硅胶包。硅胶被水饱和后，可以通过在烤箱中加热来“充电”，从而蒸发其孔隙表面的水，使其干燥并准备再次使用。可吸收的水量随比表面积的增加而增加。由于气凝胶比传统硅胶具有更高的比表面积，因此气凝胶在捕获水分的能力方面具有更大的改进。

7、先进技术应用

气凝胶的高比表面积意味着它们有大量的材料与其环境接触。这使得气凝胶可用于大量化学和电化学过程，这些过程可以通过最大化溶液和固体基质之间的接触面积来改进。其中包括用作各种工业化学过程的催化剂或催化剂基材以及下一代超级电容器的电极。

由于气凝胶是一种可以由多种材料制成的结构，因此研究人员正在不断开发新的气凝胶及其使用新方法。随着更多的新材料转化为气凝胶，它们将促进新技术的发展，如新型超级电容器、抗菌涂层、漏油吸收垫、骨植入物等。由于气凝胶具有低导热率、低密度、高表面积和半透明性的独特组合，因此它正在发展成为多种尖端材料技术。