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气凝胶是世界上密度最低的固体物质。密度为3kg/ m3。常见的气凝胶是硅气凝胶，由美国科学家Kistler于1931年首次制成。气凝胶有很多种，包括硅、碳、硫、金属氧化物、金属等。气凝胶是组合词，其中aero是形容词，表示飞行，gel显然是凝胶。字面意思是能飞的凝胶。任何物质的凝胶只要能干燥除去内部溶剂，形状能保持基本不变，产品孔隙率高，密度低，就可以称为气凝胶。

由于密度极低，目前最轻的二氧化硅气凝胶每立方厘米只有0.16 mg，略低于空气的密度，因此也被称为“冻烟”或“蓝烟”。因为里面的颗粒非常小(纳米级)，可见光穿过它的时候散射(瑞利散射)比较少，就像太阳光穿过空气一样。所以看起来就像天空一样蓝(如果没有掺杂其他东西的话)，光看就有点红。天空是蓝色的，而傍晚的天空是红色的。因为气凝胶80%以上是空气，所以隔热效果非常好。一英寸厚的气凝胶相当于20到30块普通玻璃。即使气凝胶被放在玫瑰和火焰之间，玫瑰也会保持完整。气凝胶也被用于太空探索，如俄罗斯的“和平”号空间站和美国的火星探路者号。气凝胶还被用作粒子物理实验中切伦科夫效应的探测器。位于高能加速器研究机构B介子工厂的Belle实验探测器中的一个名为气凝胶Cherenkov Counter，ACC)的粒子鉴别器就是最新的应用实例。这种探测器利用了液体和气体之间的低折射率，以及它的高透射率和固态，优于传统的使用低温液体或高压空气的方法。同时，它的轻量化也是优点之一。

特点

气凝胶作为世界上最轻的固体，已经入选吉尼斯世界纪录。这种新材料的密度仅为每立方米3.55千克，仅为空气的2.75倍。干松木(每立方米500公斤)的密度是它的140倍。这种物质看起来像凝固的烟雾，但其成分与玻璃相似。由于密度极低，非常适合航天。

美国国家航空航天局喷气推进实验室，琼斯博士在那里开发了一种新型气凝胶，主要由纯二氧化硅组成。在制造过程中，首先将液态硅化合物与能够快速蒸发的液体溶剂混合形成凝胶，然后将凝胶在类似高压锅的仪器中干燥，加热并减压，形成多孔海绵状结构。琼斯博士最终得到的气凝胶中空气的比例是99.8%。

气凝胶因其半透明的颜色和超轻的重量，有时被称为“固体烟”或“冷冻烟”。这种新材料看起来很脆弱，但实际上非常耐用，可以承受1400摄氏度的最高温度。气凝胶的这些特性在太空探索中有许多用途。气凝胶材料被用于俄罗斯的“和平”号空间站和美国的火星探路者号。

美国国家航空航天局开发的一种新型气凝胶，密度仅为每立方厘米3毫克，已被正式选为吉尼斯世界纪录中“世界上密度最低的固体”。

这种气凝胶呈半透明淡蓝色，重量极轻，所以人们也称之为“固体烟雾”。这种新型气凝胶是由美国国家航空航天局喷气推进实验室的材料科学家史蒂文·琼斯博士开发的。它的主要成分是类似玻璃的二氧化硅，但因为是99.8%的空气，所以密度只有玻璃的千分之一。

气凝胶看似“脆弱”，其实非常耐用。它能承受自身质量的几千倍，在温度达到1200摄氏度之前不会融化。此外，它的导热系数和折射率也很低，其绝缘能力比最好的玻璃纤维强39倍。由于这些特性，气凝胶成为了太空探索中不可替代的材料，在俄罗斯的“和平”号空间站和美国的“火星探路者”号探测器中被用于隔热。

气凝胶在太空中的应用远不止这些。美国国家航空航天局的星尘号宇宙飞船正在太空中执行一项非常重要的任务——收集彗星颗粒。科学家认为彗星颗粒中含有太阳系中最原始、最古老的物质，研究它可以帮助人们更清楚地了解太阳和行星的历史。2006年，星尘号宇宙飞船将带着人类获得的第一批星尘彗星样本返回地球。

然而，收集彗星尘埃并不容易，它的速度是步枪子弹的6倍。虽然比沙子小，但当它以如此高的速度接触其他物质时，其物理和化学成分可能会发生变化，甚至被完全蒸发。现在科学家有了气凝胶，问题就变得很简单了。它就像一只极其柔软的棒球手套，可以温柔地降低“星尘”彗星的速度，让它在滑行了相当于自身长度200倍的距离后慢慢停下来。进入“气凝胶手套”后，星尘会留下胡萝卜形状的轨迹。因为气凝胶几乎是透明的，所以科学家可以很容易地根据轨迹找到这些颗粒。

使用

1，在研究分形结构。作为一种结构可控的纳米多孔材料，硅气凝胶的表观密度明显取决于尺度大小。在一定尺度范围内，其密度趋于尺度不变，即密度随尺度增大而减小，具有自相似结构。气凝胶的结构分形结构动力学研究还表明，在不同尺度范围内存在三个色散关系明显不同的激发区域，分别对应于声子、分形和粒子模的激发。通过改变气凝胶的制备条件，可以在两个数量级内改变相关长度。因此，二氧化硅气凝胶成为研究分形结构及其动力学行为的最佳材料。

2.在“863”高科技强激光的研究中。纳米多孔材料具有重要的应用价值。例如，使用具有较低临界密度的多孔靶材料有望改善电子碰撞激发产生的X射线激光的光束质量，并节省驱动能量。采用微球节点结构的新型多孔靶，可以快速冷却等离子体的三维绝热膨胀，提高电子复合机制产生的X射线激光的增益系数。利用超低密度材料吸附核燃料，可以形成激光惯性约束聚变的高增益冷冻靶。气凝胶具有精细的纳米多孔网络结构、巨大的比表面积和可控的介观结构，是开发新型低密度靶的最佳候选材料。

3.作为隔热材料。硅气凝胶精细的纳米网络结构有效限制了局域热激发的传播，其固体热导率比相应的玻璃态材料低2-3个数量级。纳米孔抑制气体分子对热传导的贡献。硅气凝胶的折射率接近L，红外与可见光的消光系数之比在100以上，在常温下能有效透射太阳光，防止红外热辐射。硅气凝胶作为一种理想的透明隔热材料，已被应用于太阳能利用和建筑节能领域。通过掺杂，可以进一步降低硅气凝胶的辐射热传导。掺杂碳气凝胶的热导率在常温常压下可低至0.01.3w/m·k。是目前导热系数最低的固体材料，有望取代聚氨酯泡沫成为新型冰箱保温材料。掺杂二氧化钛可以使硅气凝胶成为一种新型的高温隔热材料，其800K时的热导率仅为0.03 W/m·k，将进一步发展成为军品的新型支撑材料。

4.硅气凝胶由于其低声速，是一种理想的声延迟或高温隔音材料。这种材料的声阻抗可以有很大的变化范围(103-107kg/m2·s)，是超声探测器理想的声阻抗耦合材料。如声阻抗匝数ZP = 1.5×l07 kg/m2·s的压电陶瓷常用作超声波发生器和探测器，而空气的声阻抗只有400 kg。使用厚度为1/4波长的硅气凝胶作为压电陶瓷与空气之间的声阻耦合材料，可以提高声波的传输效率，降低器件应用中的信噪比。初步实验结果表明，采用密度约为300 kg/m3的二氧化硅气凝胶作为耦合材料，声强可提高30 dB。如果使用具有密度梯度的二氧化硅气凝胶，可以预期更高的声强增益。

5.在环保和化学工业方面。纳米结构气凝胶也可以用作一种新型的气体过滤材料。与其他材料不同，这种材料孔径分布均匀，孔隙率高，是一种高效的气体过滤材料。气凝胶具有极大的比表面积，作为新型催化剂或催化剂载体具有广阔的应用前景。

6、在储能装置中。碳气凝胶是一种导电多孔材料，将有机气凝胶经过烧结处理后得到。它是继纤维状活性炭之后发展起来的一种新型炭材料。比表面积大(600-1000m2/kg)，电导率高(10-25s/cm)。而且密度变化范围很大(0.05-1.0g/cm3)。如果在其微孔中填充适当的电解液，可以制成一种新型的可充电电池，它具有储存容量大、内阻小、重量轻、充放电能力强、可重复使用等优良特性。初步实验结果表明，碳气凝胶的充电容量为3×104/kg2。

7.在材料的量子尺寸效应研究中。由于硅气凝胶纳米网络中量子点结构的形成，化学气相渗透掺杂Si和溶液法掺杂C60的结果表明，掺杂剂以纳米颗粒的形式存在，并观察到强烈的可见光发射，为多孔硅的量子限域效应发光提供了有力的证据。利用二氧化硅气凝胶的结构和C60的非线性光学效应，可以进一步开发出一种新型的激光防护镜。掺杂也是形成纳米复合材料的有效手段。

8.此外，硅气凝胶是折射率可调的材料。利用不同密度的气凝胶作为切伦科夫阈值探测器，可以确定高能粒子的质量和能量。由于高速粒子容易穿透多孔材料，逐渐减速，实现了“软着陆”。如果选择透明气凝胶来捕获太空中的高速粒子，那么被阻挡和捕获的粒子可以用肉眼或显微镜观察到。

9.作为一种新型的纳米多孔材料，除了硅气凝胶之外，还开发了其他单元、二元或多元氧化物气凝胶、有机气凝胶和碳气凝胶。作为一种独特的材料制备方法，相关技术已广泛应用于其他新材料的开发，如具有极高孔隙率的多孔硅、用于制备高性能催化剂的金属-气凝胶混合材料、高温超导材料、超细陶瓷粉体等。

研究单位

2013年，气凝胶材料的国际研究工作主要集中在德国维尔茨堡大学、巴斯夫公司、美国洛伦茨·利弗莫尔国家实验室、桑迪亚国家实验室、法国蒙彼利埃材料研究中心、日本高能物理国家实验室。中国主要集中在同济大学玻尔固体物理实验室、国防科技大学、清华大学、浙江大学、纳米科技有限公司、广东爱力生高科技有限公司。

其他用途

1，制作火星探索宇航服

2002年，美国国家航空航天局成立了一家公司，生产更强、更有弹性的气凝胶。2013年，美国国家航空航天局已经证实宇航员在2018年探索火星时，将会穿上由新型气凝胶制成的宇航服。该公司高级科学家马克·克拉杰斯基(Mark Krajewski)表示，只要在宇航服中加入一层厚度为18毫米的气凝胶层，就可以帮助宇航员抵御1.300℃的高温和-1.30℃的超低温。"这是我见过的最有效的恒温材料."马克说。

2.防弹不怕被炸

防弹是新型气凝胶的第二个重要用途。美国国家航空航天局公司正在测试用气凝胶建造的房屋和军用车辆。根据实验室测试，如果在金属片上加一层厚度约为6 mm的气凝胶，即使炸药直接吹爆，也不会伤及金属片。

3、能应对生态灾难

环保是新型气凝胶的第三个重要功能。科学家们亲切地称气凝胶为“超级海绵”，因为它的表面有数百万个小孔，所以它是吸收水中污染物的理想材料。美国科学家新发明的气凝胶实际上可以吸出水中的铅和汞。根据这位科学家的说法，这种气凝胶是应对生态灾难的绝佳材料。比如1996“海快”油轮沉没后泄漏的72000吨原油。如果当时使用了这种材料，就不会对整个海岸造成严重污染。

4.网球拍击球能力更强。

未来新型气凝胶也将进入我们的日常生活。比如美国邓禄普运动器材公司就成功研发了含有气凝胶的网球拍。这种网球拍据说击球能力更强；2012年初，66岁的鲍勃·斯托克成为第一个将气凝胶用于住宅的英国人:“保温和加热的效果非常好。我把空调温度降低了5℃，室内温度还是很舒服的。”登山者也对气凝胶的使用充满希望。英国登山家安妮·帕尔默(Anne Palmer)在2011攀登珠穆朗玛峰时，在鞋子里使用了一些气凝胶材料，他的睡袋里就有一层这种新材料。