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氣凝膠是一種固體物質(zhì)形態(tài)，世界上密度最小的固體之一。密度為3千克每立方米。一般常見的氣凝膠為硅氣凝膠，最早由美國科學(xué)工作者Kistler在1931年因與其友打賭制得。
氣凝膠的種類很多，有硅系，碳系，硫系，金屬氧化物系，金屬系等等。
aerogel是個(gè)組合詞，此處aero是形容詞，表示飛行的，gel顯然是凝膠。字面意思是可以飛行的凝膠。任何物質(zhì)的gel只要可以經(jīng)干燥后除去內(nèi)部溶劑后，又可基本保持其形狀不變，且產(chǎn)物高孔隙率、低密度，則皆可以稱之為氣凝膠。因?yàn)槊芏葮O低，目前最輕的氣凝膠僅有016毫克每立方厘米，比空氣密度略低，所以也被叫做“凍結(jié)的煙”或“藍(lán)煙”。由于里面的顆粒非常小(納米量級)，所以可見光經(jīng)過它時(shí)散射較小(瑞利散射)，就像陽光經(jīng)過空氣一樣。因此，它也和天空一樣看著發(fā)藍(lán)，如果對著光看則有點(diǎn)發(fā)紅。
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，玫瑰也會絲毫無損。
制備方法
氣凝膠最初是由SKistler命名，由于他采用超臨界干燥方法成功制備了二氧化硅氣凝膠，故將氣凝膠定義為:濕凝膠經(jīng)超臨界干燥所得到的材料，稱之為氣凝膠。在上世紀(jì)90年代中后期，隨著常壓干燥技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，科學(xué)界普遍接受的氣凝膠的定義是:不論采用何種干燥方法，只要是將濕凝膠中的液體被氣體所取代，同時(shí)凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基本保留不變，這樣所得的材料都稱為氣凝膠。
氣凝膠的制備通常由溶膠凝膠過程和超臨界干燥處理構(gòu)成。在溶膠凝膠過程中，通過控制溶液的水解和縮聚反應(yīng)條件，在溶體內(nèi)形成不同結(jié)構(gòu)的納米團(tuán)簇，團(tuán)簇之間的相互粘連形成凝膠體，而在凝膠體的固態(tài)骨架周圍則充滿化學(xué)反應(yīng)后剩余的液態(tài)試劑。為了防止凝膠干燥過程中微孔洞內(nèi)的表面張力導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)的破壞，采用超臨界干燥工藝處理，把凝膠置于壓力容器中加溫升壓，使凝膠內(nèi)的液體發(fā)生相變成超臨界態(tài)的流體，氣液界面消失，表面張力不復(fù)存在，此時(shí)將這種超臨界流體從壓力容器中釋放，即可得到多孔、無序，具有納米量級連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的低密度氣凝膠材料。
研究單位
國際上關(guān)于氣凝膠材料的研究工作主要集中在德國的維爾茨堡大學(xué)、BASF公司、美國的勞倫茲·利物莫爾國家實(shí)驗(yàn)室，桑迪亞國家實(shí)
驗(yàn)室，法國的蒙彼利埃材料研究中心，日本高能物理國家實(shí)驗(yàn)室等。國內(nèi)主要集中在同濟(jì)大學(xué)波爾固體物理實(shí)驗(yàn)室、國防科技大學(xué)、清華大學(xué)、浙江大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、愛彼愛和新材料有限公司。
重點(diǎn)應(yīng)用
硅氣凝膠纖細(xì)的納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有效地限制了局域熱激發(fā)的傳播，其固態(tài)熱導(dǎo)率比相應(yīng)的玻璃態(tài)材料低2-3個(gè)數(shù)量級。通過摻雜的手段，可進(jìn)一步降低硅氣凝膠的輻射熱傳導(dǎo)，常溫常壓下?lián)教細(xì)饽z的熱導(dǎo)率可低達(dá)0013w/mK，是目前熱導(dǎo)率最低的固態(tài)材料，可望替代聚氨脂泡沫成為新型隔熱材料，而摻入二氧化鈦可使硅氣凝膠成為新型高溫隔熱材料，800K時(shí)的熱導(dǎo)率003w/m·K。
由于硅氣凝膠的低聲速特性，它還是一種理想的聲學(xué)延遲或高溫隔音材料。該材料的聲阻抗可變范圍較大(103-107kg/m2·s)，是一種較理想的超聲探測器的聲阻耦合材料，如常用聲阻匝Zp=15x107 kg/m2s的壓電陶瓷作為超聲波的發(fā)生器和探測器，而空氣的聲陰只
有400kg/m2·s。用厚度為1/4波長的硅氣凝膠作為壓電陶瓷與空氣的
初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，密度在300kg/m3左右的硅氣凝膠作為耦合材料，
能使聲強(qiáng)提高30dB，如果采用具有密度梯度的硅氣凝膠，可望得到更高的聲強(qiáng)增益。
在環(huán)境保護(hù)及化學(xué)工業(yè)方面。納米結(jié)構(gòu)的氣凝膠還可作為新型氣體過濾，與其它材料不同的是該材料孔洞大小分布均勻，氣孔率高，是一種高效氣體過濾材料。由于該材料特別大的比表而積，氣凝膠在作為新型催化劑或催化劑的載體方而亦有廣闊的應(yīng)用前景。
其他用途
1制作火星探險(xiǎn)宇航服
2002年，美國宇航局成立了一家公司，專門生產(chǎn)更結(jié)實(shí)更有韌性的氣凝膠。美國宇航局2013年已經(jīng)確定，在2018年火星探險(xiǎn)時(shí)，宇航員們將穿上用新型氣凝膠制造的宇航服。該公司的資深科學(xué)家馬克·克拉杰沃斯基說，只要在宇航服中加入一個(gè)18毫米厚的氣凝膠層，
那么它就能幫助宇航員打住1300℃的高溫和零下130℃的超低溫。
“這是我見過的最有效的恒溫材料。"馬克如是說。
2、防彈不怕被炸
防彈是新型氣凝膠的第二個(gè)重要用途。美國宇航局的這家公司正在對用氣凝膠建造的住所和軍車進(jìn)行測試。根據(jù)試驗(yàn)室的試驗(yàn)情況來看，如果在金屬片上加一層厚約6毫米的氣凝膠，那么，就算炸藥直接炸中，對金屬片也分毫無傷。
3、可處理生態(tài)災(zāi)難
環(huán)保是新型氣凝膠的第三個(gè)重要作用?？茖W(xué)家們將氣凝膠親切地稱為“超級海綿”，因?yàn)槠浔砻嬗谐砂偕锨f的小孔，所以是非常理
想的吸附水中污染物的材料。美國科學(xué)家新發(fā)明的氣凝膠居然能吸出
水中的鉛和水銀。據(jù)這位科學(xué)家稱，這種氣凝膠是處理生態(tài)災(zāi)難的絕
好材料，比如說1996年海上快車”油輪沉沒后，72000噸原油外泄，如果當(dāng)時(shí)用上這種材料的話，那么就不會導(dǎo)致整個(gè)海岸受到嚴(yán)重的污染。