未来潜力材料一气凝胶材料

气凝胶是一种以纳米胶体粒子相互聚集构成纳米骨架和纳米多孔网络结构，并且在孔隙中充满气态分散介质的轻质固态材料，具有极高空隙率（可达99.8%）、极低密度（低至3mg/cm3）、极高比表面积（可达2000m2/g）、超高孔体积率、耐高温、高弹性、强吸附、催化等特性。

气凝胶主要分为无机气凝胶、有机气凝胶和有机－无机杂化气凝胶3类。其中，无机物气凝胶是以无机物为基体，包括单质气凝胶（如炭、石墨烯、金属金等）、氧化物气凝胶（如SiO2、Al2O3等）以及硫化物气凝胶等。有机气凝胶是以有机物为主体，主要包括酚醛气凝胶、纤维素气凝胶、聚酰亚胺气凝胶、聚氨酯（聚脲）气凝胶、壳聚糖气凝胶以及壳聚糖－纤维素气凝胶等。有机－无机杂化气凝胶利用有机物和无机物各自的优势，实现气凝胶材料特殊的功能化。

气凝胶具有极低密度、超高孔隙率、低折射率、低热导率、低声阻抗等特性，这是一般固态材料所不具备的。这些特性使其在隔热保温、生物医学、隔音、吸附等领域具有巨大的应用前景。

隔热保温领域：气凝胶材料的导热系数非常低，是目前已知的隔热、保温性能最好的材料。凝胶材料在节能窗、屋面太阳能集热器、保温涂料等民用领域，以及飞机黑匣子、战斗机机舱隔热层等军事领域中也有广泛应用。

生物医学领域：气凝胶材料具备生物相容性、合适的机械性能、生物可降解性等特性，已应用于可植入医疗器械、非侵入成像、骨接枝和生物传感器等领域。

隔音领域：气凝胶材料不仅具有极大的内表面积，可使声波在其内表面上进行多次反射而衰减，而且具有极高孔隙率，其表面的纳米级孔道使得空气黏性流动的速度与空气分子的Knudsen扩散速度相接近，以此消耗掉一部分通过空气传播的声能，达到良好的隔音效果。

吸附领域：气凝胶材料具有极高孔隙率，可对有机物进行有效的吸附，还可以用来除去金属离子。改性后的气凝胶材料还可对特定物质进行选择性吸附，如将四乙烯五胺负载在二氧化硅气凝胶中，可对二氧化碳进行高效吸附。