氣凝膠是世界最輕的固體材料，又被稱為“藍(lán)色的煙”、“凝固的煙”、“固體的煙”。其集眾多優(yōu)異特性于一身，如超低的導(dǎo)熱系數(shù)、聲傳播速度、介電常數(shù)與折射率，高的吸能、比表面積與孔隙率，而且透明，在國(guó)防軍工、航空航天、核工業(yè)以及民用領(lǐng)域有著廣泛而巨大的應(yīng)用前景和價(jià)值，被譽(yù)為“改變世界的神奇材料”。
14項(xiàng)吉尼斯世界紀(jì)錄
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最低密度的固體（<1.05kg/m3）
最寬的密度范圍（>7×102）
最小的孔徑（～5nm）
最高的孔洞率（>99.9%）
最低的導(dǎo)熱率（<0.015w/m·k）
最低的聲速傳播（<70m/s）
最低的介電常數(shù)（<1.003）
最低的折射率（<1.003）
最低的損耗角正切（<10^-4）
最寬的壓縮模量（>7×10^6）
最高的聲阻抗（10^6 kg/㎡s）
最寬的折射率范圍（116%）
最低的楊氏模量（<10^5 N/M2）
第一次實(shí)現(xiàn)從彗星采集樣品
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氣凝膠起源與發(fā)展
（一）氣凝膠發(fā)明于美國(guó)
氣凝膠是1931年由美國(guó)斯坦福大學(xué)Kistler博士發(fā)明的。它的發(fā)明者之所以將其命名為氣凝膠，主要是用空氣替換凝膠，即在沒有破壞凝膠固態(tài)結(jié)構(gòu)的狀況下，用空氣將膠體中的液體組分替換出來。盡管這一有趣的材料擁有一些奇異的性質(zhì)，但是，由于當(dāng)時(shí)氣凝膠制備工藝復(fù)雜且制造成本高昂等原因，加之又未發(fā)現(xiàn)氣凝膠的應(yīng)用價(jià)值，一直未引起重視。
（二）軍工需求推動(dòng)氣凝膠應(yīng)用
直到上世紀(jì)70年代，在法國(guó)軍方火箭推進(jìn)劑項(xiàng)目計(jì)劃的支持下，Stanislaus Teichner等人找到一種新的凝膠合成方法，顯著縮短了氣凝膠制備周期，推進(jìn)了氣凝膠在航空航天、國(guó)防軍工領(lǐng)域的應(yīng)用。上世紀(jì)80年代，美國(guó)伯克利實(shí)驗(yàn)室的Russo等人開發(fā)出實(shí)用性更強(qiáng)的TEOS的使用和二氧化碳超臨界干燥新技術(shù)后，才推動(dòng)并使氣凝膠的商業(yè)化生產(chǎn)成為可能。進(jìn)入上世紀(jì)90年代以后，掀起了世界第一次氣凝膠熱潮，美國(guó)《Science》雜志把氣凝膠列為十大熱門科學(xué)之一。推動(dòng)了氣凝膠在航空航天、國(guó)防軍工以及核工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，如美國(guó)NASA的“星塵計(jì)劃”項(xiàng)目、“火星登陸車計(jì)劃”項(xiàng)目等。
進(jìn)入21世紀(jì)，2002年，美國(guó)宇航局（NASA）下的Aspen system公司創(chuàng)立了世界上第一個(gè)商業(yè)化生產(chǎn)氣凝膠保溫材料的Aspen Aerogel公司，開始了氣凝膠在民用領(lǐng)域的市場(chǎng)化應(yīng)用。其后，美國(guó)Cabot公司通過收購(gòu)德國(guó)氣凝膠制備技術(shù)開始商業(yè)化生產(chǎn)透明氣凝膠顆粒，推動(dòng)了氣凝膠的深度應(yīng)用，應(yīng)用上了一個(gè)臺(tái)階。近年來，美國(guó)的Nanopore公司、Aerojet公司等以及歐盟的德國(guó)BASF公司、Hoechst公司也加入到氣凝膠的商業(yè)化應(yīng)用開發(fā)中。
（三）我國(guó)氣凝膠后來者居上
我國(guó)同濟(jì)大學(xué)在上個(gè)世紀(jì)九十年代首次將氣凝膠研究引入國(guó)內(nèi)，其后國(guó)防科技大學(xué)、清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、山東大學(xué)、南京工業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)、中南大學(xué)等眾多高等院校相繼進(jìn)入氣凝膠研究領(lǐng)域。紹興納諾高科公司2004年開始涉入氣凝膠商業(yè)化活動(dòng)，其后廣東埃立生高科涉入氣凝膠產(chǎn)業(yè)化，它們是我國(guó)最早涉入氣凝膠商業(yè)化的企業(yè)。目前，國(guó)內(nèi)已有幾十家公司涉入氣凝膠行業(yè)，但大部分均涉及氣凝膠纖維復(fù)合保溫材料技術(shù)領(lǐng)域。2013年中南大學(xué)盧斌博士團(tuán)隊(duì)攻克了氣凝膠世界性難題-大尺寸完整透明氣凝膠制備技術(shù)和成本高企問題，并與湖南上懿豐新材料科技有限公司開啟了我國(guó)高端透明氣凝膠的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。隨著生產(chǎn)規(guī)模提升，未來成本仍有極大的降低空間，將極大地推進(jìn)高端氣凝膠的商業(yè)化進(jìn)程。
氣凝膠超絕熱原理
1、零對(duì)流效應(yīng)
理論研究表明，當(dāng)氣凝膠中的氣孔尺寸小于70nm時(shí)，由于空氣和納米纖細(xì)骨架之間的相互作用，空氣分子失去了自由流動(dòng)的能力，而是相對(duì)的附著在納米纖細(xì)骨架上，導(dǎo)致氣凝膠的熱對(duì)流能力極低。
2、納米纖細(xì)骨架阻熱效應(yīng)
熱傳導(dǎo)主要沿著構(gòu)成氣凝膠的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的納米纖細(xì)骨架進(jìn)行，由于骨架纖細(xì)（~1nm），再者進(jìn)一步延長(zhǎng)了傳熱路徑，導(dǎo)致氣凝膠的傳熱能力接近最低極限。
3、多壁阻隔效應(yīng)
熱輻射波在氣凝膠中會(huì)受到納米纖細(xì)骨架和氣孔之間界面的不斷散射，由于氣凝膠的氣孔為納米孔，且孔隙率極高，相當(dāng)于增加了無數(shù)的散射中心，限制了輻射自由程，導(dǎo)致氣凝膠的熱輻射能力接近最低極限。
