如果要问世界上最轻的东西是什么？你可能会想到一片羽毛或是蒲公英等等。

曾经在国际顶级权威学术杂志《科学》第250期中，列出了可以改变世界的十种新材料，而在这些新材料中有一种材料因为其独占多项世界纪录，位居十大新材料之首。这种材料只比等量空气的重量要重一点点，但是却能抵抗1400摄氏度的高温，这比大多数金属熔点都要高，全世界的科学家都为它的这些独特性能所吸引，它就是气凝胶。

近日，中国石化资本公司投资了一个新材料公司——广东埃力生科技股份有限公司。据了解，广东埃力生就是一家生产气凝胶新材料的公司。

气凝胶被称为神奇的材料，是罕见的可以同时满足防火、防水、隔热、隔音等多种需求的材料。“天问一号”火星探测器和“祝融号”火星车上就应用了这种新材料。2022年，气凝胶更是被国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）列为“2022年度化学领域十大新兴技术”之一。

1.气凝胶的发展史

虽然说气凝胶是新型材料，但是早在1931年美国科学家就用二氧化硅首先制造出了气凝胶。1931年，Kistler用超临界技术干燥凝胶，将凝胶中的液体用空气取代，同时保持凝胶中固体网络结构不塌缩，得到气凝胶。相反，如果直接干燥凝胶，网络中液体挥发带来的毛细力通常会使网络收缩，得到致密而非多孔的材料。这种独特的多孔疏松结构赋予了气凝胶极低的密度，以及极低的热导率和大比表面积等特点。

20世纪40年代，气凝胶开始得到应用，有美国公司将气凝胶用作一些牙膏和化妆品的添加剂。

20世纪70年代，法国人找到一种新的合成方法，即把溶胶- 凝胶化学方法用于二氧化硅气凝胶的制备中，这种快速制备方法推动了气凝胶科学的发展，并且在航空航天领域使用。

80年代后期，制备轻的二氧化硅气凝胶，密度是0.003 g/cm 3，仅有空气的3倍。不久之后，制备了有机气凝胶，包括间苯二酚-甲醛气凝胶、三聚氰胺-甲醛气凝胶。间苯二酚-甲醛气凝胶能够被热解得到纯碳气凝胶，该方法开创了气凝胶研究的新领域。

我国同济大学波耳固体物理研究所于90年代初在国内开展了气凝胶的研究工作。此外，中科院物理与化学所、清华大学、山西煤化所、南京大学、中国科学技术大学、国防科技大学、北京化工大学、武汉大学、大连理工大学等也陆续开展了气凝胶方面的研究工作。

2013年由浙江大学科研人员利用碳纳米管和石墨烯，制备出了一种超轻气凝胶，取名为"碳海绵"，是目前世界最轻的材料。

2.气凝胶的种类

气凝胶可分为无机气凝胶、有机气凝胶、混合气凝胶和复合气凝胶常见的气凝胶主要是硅气凝胶、碳气凝胶和二氧化硅气凝胶，新进发展的气凝胶主要是氧化石墨 烯气凝胶、富勒烯气凝胶和纤维/二氧化硅气凝胶。目前市场上常见的以及研究较多的可分为氧化物气凝胶材料、炭气凝胶材料（耐高温性可达 3000℃）和碳化物气凝胶材料。

氧化物气凝胶材料在高温区（＞1000℃）容易发生晶型转变及颗粒的烧结，其耐温性相对较差，但是其在中高温区（＜1000℃）具备较低的热导率。氧化物气凝胶材 料主要有 SiO2、Al2O3、TiO2、ZrO2、CuO 等。SiO2 气凝胶是目前隔热领域研究最多也是较为成熟的一种耐高温气凝胶，SiO2 气凝胶材料通常是将与红外遮光剂以及增强体进行复合，以提高 SiO2 气凝胶的隔热和力学性能，使其既具 有实用价值的纳米孔超级绝热材料，同时还兼有良好的隔热和力学性能，主要应用于航空航天、军事、电子、建筑、家电和工业管道等领域的保温隔热。

炭气凝胶最大的特点就是其在惰性及真空氛围下高达 2000℃的耐温性，石墨化后耐温性能甚至能达到 3000℃，而且炭气凝胶中的炭纳米颗粒本身就具备对红外辐射极好的吸收性能，从而产生类似于红外遮光剂的效果，因此其高温热导率较低。但是在有氧条件下，炭气凝胶在 350℃以上便发生氧化，这使得其在高温隔热领域的应 用受到了极大地限制。

碳化物材料具备极好的抗氧化性能，但是其本身热导率较高，将其制成含有三维立体网络状结构的气凝胶，可以极大地降低材料的热导率，进一步提高材料的隔热性能。目前国内外对于碳化物气凝胶的研究还相对较少，特别是对于成形性良好的块 状碳化物气凝胶的研究尚处于初始阶段。

3.气凝胶的应用

气凝胶材料由于其优异的透光、隔热、隔音、绝缘等性能，应用领域广泛，主要分布在能源设备、交通、建筑材料、服装等领域，潜在规模巨大。

气凝胶是很好的隔热材料，气凝胶材料分为耐高温和耐低温两种，中国的“天问一号”火星探测器和“祝融号”火星车，表面采用的都是气凝胶材料，就是为了对抗火星“冰火两重天”的温度考验，分别阻隔探测器着陆发动机产生的高达1200℃的高温热流，保护着陆平台的正常功能；还能确保火星车在-130℃的环境正常工作。而且气凝胶极轻的质量不会增加“天问一号”的载荷，以探测器上的气凝胶材料为例，如将其做成薄片状，那么只需要10克这种材料，就可以铺满一个标准足球场。

同时，它的隔热和消声性能，应用到飞机潜艇上不但隔热消声效果极佳，有效减轻自身重量，节省燃料的同时速度还会更快。也可作为核潜艇、蒸汽动力导 弹驱逐舰的核反应堆，以及复杂的高温蒸汽锅炉系统的高效隔热材料。

利用气凝胶这种绝热材料制造的消防员防火服，能够在相当长的时间内隔绝高温，以保护消防员的安全，除此之外气凝胶还可以用于宇航服，抗寒服。

气凝胶在建材领域主要应用于墙体保温材料、保温涂料以及节能玻璃中，面向新建建筑和既有建筑节能改造两大场景。在汽车领域，气凝胶材料不但能够解决三元电池体系及其它电池体系的安全问题，也能够发挥阻燃性能应用于汽车内饰材料中。预计 2025 年气凝胶复合材料在国内新能源汽车市场的潜在规模约 6.28 亿美元，在全球新能源汽车市场的潜在规模约 15.75 亿美元，2030 年达到 31.50 亿美元。

4.气凝胶在国内的发展

2004年，第一家气凝胶产业的公司纳若高科出现。2010年前后，国内第一批气凝胶生产企业陆续出现。

在2022年，国家又先后出台《高耗能行业重点领域节能降碳改造升级实施指南》和《关于开展2021年度重点新材料首批次应用保险补偿机制试点工作的通知》等政策明确提出推进新材料气凝胶的发展。

目前，国内已经有近30家气凝胶生产企业。现有产能较大的公司有广东埃力生、纳诺科技、华陆新材、金纳科技、中凝科技等。国家的鼓励支持加上天生优越，气凝胶市场呈现出快速的发展势头。据测算，2021—2025年我国气凝胶市场年复合增长率将达68.9%。到2025年，我国气凝胶市场规模将超过百亿，市场爆发的曙光已经出现。

气凝胶在未来还将被开发出更多的应用场合，拥有既轻便又坚固的特殊材料，一直都是人类的追求，新型气凝胶未来将走进我们生活中的衣食住行，随着气凝胶产业化步伐的加快，未来将在各个行业中起到引领行业变革的巨大作用，成为促进产业升级的催化剂。

文章来源： 全国党媒信息公共平台，制造原理，乐晴行业观察，中国化工信息周刊，