气凝胶是用一定的干燥方式使气体取代凝胶中的液相而形成的一种纳米级多孔固态材料。从20世纪30年代被发明至今，气凝胶已经创下了15项“吉尼斯世界纪录”：最低导热系数、最低介电常数、最低折射率、最低密度、最低声传播速度……用通俗的话来说，就是最隔热、最绝缘、最透光、最轻便、最隔音等等。正是因为这些神奇的功能，气凝胶被誉为“改变世界的神奇材料”。

“改变世界的神奇材料”气凝胶的七大特性

气凝胶的微观结构类似于三维网络，主要由硅氧键（Si-O）构成。这种网络结构提供了大面积的比表面积，通常可达几百至几千平方米每克，使得气凝胶在催化和吸附等应用中非常有效。同时，这种非晶态的结构缺乏长程有序性，导致其在热传导方面的性能显著降低。气凝胶的导热系数非常低，通常在0.01到0.03 W/m·K之间，使其在隔热方面表现出色。

作为目前已知导热系数最低、密度最小的固体材料，气凝胶可谓是材料领域的“隔热王者”，并已在航天、石化等领域应用。比如“天问一号”探测器发动机与火星车表面、“长征五号”遥四运载火箭发动机高温燃气系统隔热、嫦娥四号探测器热电池防护等都应用了气凝胶。在我国提出“双碳”目标后，随着技术的不断创新，气凝胶的应用场景也在进一步扩大。

气凝胶的微观结构

气凝胶种类

气凝胶材料种类多样，按照组分不同可分为单组分和多组分气凝胶。其中，单组份气凝胶包括氧化物气凝胶、碳化物气凝胶、有机气凝胶、氮化物气凝胶、碳气凝胶和生物质气凝胶等，在隔热、吸附、催化、储能转化和生物医用等领域均有所突破。目前，二氧化硅气凝胶研发、生产、应用最为成熟，据《抢抓“碳达峰”历史机遇，加快气凝胶产业快速成长》，2019年占据全球69%的市场份额。

纯气凝胶材料质脆、易碎，常与其他材料复合使用。气凝胶具有非常独特的高孔隙率结构特征，骨架承受的应力及孔间的毛细管压力差较大。因此，纯气凝胶材料呈现出质脆、易碎的性能，实用性较差，需要利用其他材料赋予它的强度等性能才能达到实际的使用效果。气凝胶可针对不同的应用领域，与不同材料复合，形式多样，常见的有气凝胶毡，气凝胶隔热垫，气凝胶涂料，气凝胶保温板、气凝胶墙布等。

气凝胶常见形态

湿凝胶干燥是制备二氧化硅气凝胶最重要的步骤。二氧化硅气凝胶的制备主要包括：1）溶胶-凝胶法制备湿凝胶；2）湿凝胶干燥制备气凝胶两部分。湿凝胶干燥要在保持其原有纳米网络结构不变的条件下, 排除其中溶剂。超临界干燥法能够有效防止干燥过程中凝胶破裂，但设备昂贵且具有危险性；常压干燥法设备简单便宜，但工艺复杂，制备周期长,但是只要设计合理也能进行连续性及规模化生产。

气凝胶从发现至今已经经历过三次产业化，目前正处在以我国企业为主导的第四次产业化浪潮中。1931年，Steven. S. Kistler在Nature杂志上发表《共聚扩散气凝胶与果冻》标志着气凝胶的发现，随后陆续经历了三次产业化。从2001年美国Aspen公司成立，开始第三次气凝胶产业化至今，20年来全球气凝胶产业已走过了研发期、导入期，目前正处于成长期前期。2010年开始，国内首批气凝胶生产企业陆续成功开拓了工业设备管道节能、新能源汽车安全防护、轨交车厢及船体防火隔热保温的应用市场，气凝胶市场日益成熟。

气凝胶也受国家政策重点支持，相继发布《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》《科技支撑碳达峰碳中和实施方案（2022—2030年）》《建材行业碳达峰实施方案》等一系列政策，均为气凝胶产品研发应用提供支持，持续我国气凝胶行业发展注入动力。例如，2021年9月，由中共中央和国务院联合发布的《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》提出，推动气凝胶等新型材料研发应用；2024年12月，由工业和信息化部、生态环境部等四部门联合发布的《标准提升引领原材料工业优化升级行动方案（2025—2027年）》提出，重点开展超高性能气凝胶隔热材料、金属有机氢化物、金属基单原子合金催化材料、量子点材料等前沿新材料标准制修订。

在国家对新材料日益重视和碳达峰对节能减碳日趋严格的大背景下，气凝胶作为一种新型环保材料，其下游产品应用范围日益拓展，叠加国家政策对产业发展支持力度日益增强，我国气凝胶行业迎来广袤发展机遇，产业规模呈现加速扩容态势。

在新能源汽车领域，续航里程与电池安全一直是行业关注的焦点。气凝胶凭借其独特的性能，正逐渐成为解决这些问题的关键材料。

新能源汽车电池在充放电过程中会产生热量，若不能及时有效散热，不仅会影响电池性能，还可能引发安全隐患。气凝胶隔热毡具有极低的导热系数，能有效阻止电池组间的热量传递，避免热失控。特斯拉等车企已在部分车型的电池包中应用气凝胶材料，实测数据显示，在极端高温环境下，装备气凝胶隔热毡的电池包温度可降低10-15℃，极大提升了电池的安全性和稳定性。

此外，气凝胶还可用于汽车内饰隔音降噪。由于其多孔结构，气凝胶能够有效吸收和散射声波，降低车内噪音水平。宝马在一些高端车型中采用气凝胶隔音材料后，车内噪音分贝数降低了5-8dB，显著提升了驾乘舒适性。

不过，气凝胶在汽车行业的大规模应用仍面临成本较高的挑战，随着生产工艺的改进和规模化生产，气凝胶有望在更多车型中得到普及，为新能源汽车行业带来新的发展机遇。

在浩瀚的宇宙中，航天器面临着极端的温度变化、高能辐射等恶劣环境，气凝胶以其优异的性能，成为了航天领域的 “超级卫士”。

气凝胶的超低导热系数使其成为绝佳的隔热材料。在火星探测器中，气凝胶隔热层被用于保护探测器的电子设备和科学仪器。火星表面昼夜温差巨大，可达上百摄氏度，气凝胶隔热层能够有效阻挡外界热量的侵入和内部热量的散失，确保设备在适宜的温度范围内正常工作。

同时，气凝胶的低密度特性对航天器减重具有重要意义。在卫星的结构材料中加入气凝胶，能够在保证强度的前提下大幅减轻卫星重量，从而降低发射成本。欧洲航天局的一些卫星项目中，采用气凝胶复合材料后，卫星重量减轻了10%-15% ，为搭载更多科学载荷提供了可能。

未来，随着航天技术的不断发展，气凝胶有望在更多航天任务中发挥关键作用，助力人类探索更遥远的宇宙空间。

工业窑炉是工业生产中的耗能大户，如何提高窑炉的隔热性能、降低能耗一直是行业亟待解决的问题。气凝胶材料的应用为工业窑炉节能带来了新的突破。

传统的工业窑炉隔热材料如岩棉、硅酸铝纤维等，存在隔热效果有限、使用寿命短等问题。气凝胶隔热材料具有极低的导热系数和耐高温性能，能够有效减少窑炉的热量散失。在陶瓷窑炉中应用气凝胶隔热材料后，窑炉外壁温度可降低30-50℃，燃料消耗降低10%-15% 。

此外，气凝胶的化学稳定性好，不易受到窑炉内高温、腐蚀性气体的影响，能够延长隔热材料的使用寿命，减少维护成本。随着工业节能要求的不断提高，气凝胶在工业窑炉领域的应用前景十分广阔。

在环保领域，气凝胶凭借其独特的结构和性能，成为了吸附和处理污染物的新利器。

气凝胶具有极高的比表面积和丰富的孔隙结构，能够高效吸附水中的重金属离子、有机污染物等。在污水处理中，将气凝胶材料作为吸附剂，可对废水中的铅、汞等重金属离子进行有效去除，去除率可达 90% 以上。

此外，气凝胶还可用于空气净化。一些负载了催化剂的气凝胶材料能够催化分解空气中的有害气体，如甲醛、苯等，将其转化为无害的二氧化碳和水。随着环保要求的日益严格，气凝胶在污染物处理和环境净化方面的应用将不断拓展。