氣凝膠（aerogels）與干凝膠（xerogels）并非同一概念，國(guó)外相關(guān)文獻(xiàn)指出，濕凝膠經(jīng)過(guò)超臨界干燥得到的是氣凝膠，經(jīng)過(guò)常壓干燥得到的是干凝膠。嚴(yán)格講，氣凝膠應(yīng)是塊狀結(jié)構(gòu)，而干凝膠一般是粉體或者顆粒。

氣凝膠因其半透明的色彩和超輕重量，有時(shí)也被稱(chēng)為“固態(tài)煙”或“凍住的煙”。這種新材料看似脆弱不堪，其實(shí)非常堅(jiān)固耐用，不同成份的氣凝膠可以承受不同的溫度，常見(jiàn)的氧化硅氣凝膠可以在零度到650℃的范圍內(nèi)使用，有些類(lèi)型的氣凝膠高能承受1400℃的高溫。氣凝膠的這些特性在航天探測(cè)上有多種用途。俄羅斯“和平”號(hào)空間站和美國(guó)“勇氣號(hào)”火星探測(cè)器上，都用到了氣凝膠材料。

不同氣凝膠的制備方法也不相同。但是其制備歷程大同小異，一般是采用溶膠-凝膠法制備濕凝膠（wet gel），濕凝膠經(jīng)溶劑置換和超臨界工作得到相應(yīng)的氣凝膠。

(1)孔隙率很高，可高達(dá)99.8%；科學(xué)家們表示，因?yàn)樗袛?shù)百萬(wàn)小孔和皺摺，所以如果把1立方厘米的氣凝膠拆開(kāi)，它會(huì)填滿一個(gè)有足球場(chǎng)那么大的地方。它的小孔不僅能像一塊海綿一樣吸附污染物，還能充當(dāng)氣穴。一些形式的由鉑金制成的氣凝膠能用于加速水解及氫的產(chǎn)生。這樣的話，氣凝膠就能用來(lái)生產(chǎn)以氫為基礎(chǔ)的燃料。

(2)納米級(jí)別孔洞(~20nm)和三維納米骨架顆粒(2~5nm)；

(3) 高比表面積，可高達(dá)1000m2/g；

(4) 低密度，可低至0.003g/cm3。

(5)氣凝膠*的結(jié)構(gòu)決定了其具有極低的熱導(dǎo)率，常溫下可以低至0.013W/(m•K)，比空氣的導(dǎo)熱系數(shù)還低。

(6)強(qiáng)度低，脆性大，由于其比表面積和孔隙率很大，密度很低，導(dǎo)致其強(qiáng)度很低。如SiO2氣凝膠楊氏模量不到10MPa，抗拉強(qiáng)度只有16KPa，斷裂韌度只有0.8kPa•m1/2

1.超級(jí)絕熱材料

材料的熱傳導(dǎo)由氣態(tài)傳導(dǎo)、固態(tài)傳導(dǎo)和熱輻射傳導(dǎo)決定。由于氣凝膠材料具有納米多孔結(jié)構(gòu),因此常壓下氣態(tài)熱導(dǎo)率λg很小,真空下熱傳導(dǎo)由固態(tài)傳導(dǎo)和熱輻射傳導(dǎo)決定。同玻璃態(tài)材料相比,納米多孔材料由于高孔隙限制了稀疏骨架中鏈的局部激發(fā)的傳播,使得固態(tài)熱導(dǎo)率λs僅為非多孔玻璃態(tài)材料熱導(dǎo)率的1/500左右。Nilsson等檢測(cè)室溫下氣凝膠熱導(dǎo)率為0.013~0.016W/(m•K),靜態(tài)空氣的熱導(dǎo)率為0.024W/(m•K),即使在800℃的高溫下其導(dǎo)熱系數(shù)才為0.043W/(m•K),是目前隔熱性能好的固態(tài)材料。

（1）太陽(yáng)能熱水器

太陽(yáng)能熱水器及其他集熱裝置的保溫成了能否進(jìn)一步提高太陽(yáng)能裝置的能源利用率和進(jìn)一步提高其實(shí)用性的關(guān)鍵因素。將納米孔超級(jí)絕熱材料應(yīng)用于熱水器的儲(chǔ)水箱、管道和集熱器，將比現(xiàn)有太陽(yáng)能熱水器的集熱效率提高1倍以上，而熱損失下降到現(xiàn)有水平的30%以下。

（2）在熱電池上應(yīng)用

可延長(zhǎng)熱電池的工作壽命,防止生成的熱影響熱電池周?chē)脑骷?/p>

（3）軍事及航天領(lǐng)域

與傳統(tǒng)絕熱材料相比，納米孔氣凝膠超級(jí)絕熱材料可以用更輕的質(zhì)量、更小的體積達(dá)到等效的隔熱效果。這一特點(diǎn)使其在航空、航天應(yīng)用領(lǐng)域具有舉足輕重的優(yōu)勢(shì)。如果用作航空發(fā)動(dòng)機(jī)的隔熱材料，既起到了隔熱作用，又減輕了發(fā)動(dòng)機(jī)的重量。作為外太空探險(xiǎn)工具和交通工具上的超級(jí)絕熱材料也有很好的應(yīng)用前景。

凝膠在航天中的應(yīng)用遠(yuǎn)不止這些，美國(guó)宇航局的“星塵”號(hào)空間探測(cè)器已經(jīng)帶著它在太空中完成了一項(xiàng)十分重要的使命———收集彗星微粒。星塵號(hào)上的氣凝膠方陣科學(xué)家認(rèn)為，彗星微粒中包含著太陽(yáng)系中原始、古老的物質(zhì)，研究它可以幫助人類(lèi)更清楚地了解太陽(yáng)和行星的歷史。2006年，“星塵”號(hào)飛船將帶著人類(lèi)獲得的批彗星星塵樣品返回地球。

但收集彗星星塵并不是件容易的事，它的速度相當(dāng)快，盡管體積比沙粒還要小，可是當(dāng)它以如此高速接觸其它物質(zhì)時(shí)，自身的物理和化學(xué)組成都有可能發(fā)生改變，甚至*被蒸發(fā)。如今科學(xué)家有了氣凝膠，這個(gè)問(wèn)題就變得很簡(jiǎn)單了。它就像一個(gè)極其柔軟的棒球手套，可以輕輕地消減彗星星塵的速度，使它在滑行一段相當(dāng)于自身長(zhǎng)度200倍的距離后慢慢停下來(lái)。在進(jìn)入“氣凝膠手套”后，星塵會(huì)留下一段胡蘿卜狀的軌跡，由于氣凝膠幾乎是透明的，科學(xué)家可以按照軌跡輕松地找到這些微粒。

（4）工業(yè)及建筑絕熱領(lǐng)域

在工業(yè)及民用領(lǐng)域納米孔超級(jí)絕熱材料有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值。首先,在電力、石化、化工、冶金、建材行業(yè)以及其他工業(yè)領(lǐng)域，熱工設(shè)備普遍存在。工業(yè)節(jié)能中,納米孔超級(jí)絕熱材料也起著非常重要的作用,其中有些特殊的部位和環(huán)境，由于受重量、體積或空間的限制,急需的超級(jí)絕熱材料。

2.在催化劑以及催化載體方面的應(yīng)用

氣凝膠是一種由超微粒子組成的固體材料,具有小粒徑、高比表面積和低密度等特點(diǎn),使SiO2氣凝膠催化劑的活性和選擇性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)催化劑,而且它還可以有效減少副反應(yīng)的發(fā)生。Kister制備出SiO2氣凝膠后不久就指出，氣凝膠因其高的孔隙率、比表面積和開(kāi)放的織態(tài)結(jié)構(gòu),在催化劑和催化載體方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，但因小的熱導(dǎo)率和低的滲透性影響了氣凝膠在催化反應(yīng)中的傳熱和傳質(zhì)，使其應(yīng)用受到限制。

3.在其它方面的應(yīng)用

SiO2氣凝膠具有*的比表面積和孔隙率,近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于Cerenkov探測(cè)器中,以探測(cè)高能帶電粒子和在太空中捕集隕石微粒的介質(zhì)材料。SiO2氣凝膠也曾一度被用于等離子體研究中作為慣性限制熔融試驗(yàn)體目標(biāo)組分。因其具有低的表觀密度和熱導(dǎo)率,耐高溫性能,氣凝膠作為隔熱消音材料很有前途。

由輕原子量元素組成的低密度、微孔分布均勻的SiO2氣凝膠對(duì)氖具有良好的吸附性能,因而為慣性約束聚變實(shí)驗(yàn)研制高增益靶提供了一個(gè)新途徑,這對(duì)于利用受控?zé)岷司圩兎磻?yīng)來(lái)獲得廉價(jià)、清潔的能源具有重要意義。

4.氣凝膠在日常生活中的應(yīng)用

氣凝膠也正走進(jìn)我們的日常生活。運(yùn)動(dòng)器材公司鄧祿普(Dunlop)已經(jīng)研制出一系列用氣凝膠加固的壁球和網(wǎng)球球拍，據(jù)說(shuō)這種球拍能釋放更大的力量。今年初，英國(guó)諾丁漢66歲的鮑勃•斯托克爾擁有了一套用氣凝膠隔熱的房子，他也因此成為擁有這種房子的位英國(guó)人。他說(shuō)：“保溫效果大大改善了。我把自動(dòng)調(diào)溫器調(diào)低了5度。這真是一個(gè)不可思議的變化。”

登山者也開(kāi)始從氣凝膠中受益。去年，一位英國(guó)登山者安妮•帕曼特爾穿上帶氣凝膠鞋墊的靴子爬上珠穆朗瑪峰，就連睡袋也加有這種材料。她說(shuō)：“我的問(wèn)題就是我的腳太熱，這對(duì)一名登山者來(lái)說(shuō)是一個(gè)大難題。”

不過(guò)，它還沒(méi)能征服時(shí)尚界。Hugo Boss公司推出了一系列用這種材料制成的冬季夾克，但在消費(fèi)者紛紛抱怨這種衣服太熱之后不得不下架。

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(guò)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，是一種氣體過(guò)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。

5.在電化學(xué)方面的應(yīng)用

在儲(chǔ)能器件方而，有機(jī)氣凝膠經(jīng)過(guò)燒結(jié)工藝處理后將得到碳?xì)饽z 這種導(dǎo)電的多孔材料是繼纖維狀活性碳以后發(fā)展起來(lái)的一種新型碳素材料，它具有很大的比表面積(600—1000 m2／g)和高電導(dǎo)率(10~25 s／cm)．而目．密度變化范圍廣(0.05~1.0 g／cm3)．如在其微孔洞內(nèi)充人適當(dāng)?shù)碾娊庖?，可以制成新型可充電電池，它具有?chǔ)電容量大、內(nèi)阻小、重量輕、充放電能力強(qiáng)、可多次重復(fù)使用等優(yōu)異特性，初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：碳?xì)饽z的充電容量達(dá)3×104／kg2，功率密度為7 kw／kg，反復(fù)充放電性能良好。

6.儲(chǔ)氫材料

氫能具有很高的熱值，燃燒釋能后的產(chǎn)物是水，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，此外，氫能為可再生能源，不會(huì)枯竭，因而被譽(yù)為21世紀(jì)的綠色新能源。美國(guó)Lawrence Livermore實(shí)驗(yàn)室和伊利諾斯大學(xué)研究表明：炭氣凝膠具有高比表面積、低密度、連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)且孔洞尺寸很小又與外界相通，具有優(yōu)良的吸、放氫性能。美國(guó)能源部于2005年專(zhuān)門(mén)設(shè)立了機(jī)構(gòu)，研究摻雜金屬的炭氣凝膠貯氫，并給予財(cái)政資助。

7.氣體或者液體吸附

氣凝膠還可以用作吸附材料，不如吸附CO2氣體，吸附一些化學(xué)有毒蒸汽，吸附廢水等。