气凝胶，世界上最轻的材料之一，素有“凝固的烟”之称。难以想象这样轻柔至极的“身板”，有一天能为太空探测保驾护航。经过10余年的探索，浙江大学高分子学系高超团队成功制备出具有微穹顶结构的高弹气凝胶，其耐热能力突破了2000摄氏度（2273开尔文）大关，在反复挤压下依然保持轻盈高弹、性能稳定。

室温高弹性能实验展示

两个不锈钢“铁掌”之间，几片气凝胶被压缩到薄薄一张纸的厚度，形变达到了99%。神奇的是，这样数万次的压缩，气凝胶每一次都能重新支棱起来，弹回到原来形状。对于传统气凝胶来说，这样的压缩足以让其 “粉身碎骨”，而高超团队通过改变气凝胶内部的气孔形状，实现了材料从脆变弹。

这一突破，源于一种全新的气凝胶构筑方法——氧化石墨烯基二维通道受限发泡法，这是一种简便且通用的制备方法。采用这一路线制备了数百种气凝胶，它们具有独特的隔热能力和高弹性，有望在深空探测器、超音速飞行器、核聚变装置中提供热防护。

气凝胶虽然听起来有些陌生，但其实已经在众多领域崭露头角，正悄然改变着我们的生活，今天就让我们一起走进气凝胶的神奇世界，揭开它神秘的面纱。

什么是气凝胶？

气凝胶，从名字上看，似乎和我们熟悉的凝胶有些关联，事实也确实如此。我们常吃的豆腐、果冻等就是凝胶。如果将它们里面的水占据的空间，通过一定的干燥技术替换成空气，那它们即是气凝胶形态。

气凝胶的诞生，源自一个天才的奇思妙想。1931 年，美国科学工作者基斯特勒和朋友打了个赌，看谁能把凝胶里的液体换成气体，还不让固体结构发生变化。这听起来就很难，就像把果冻里的汁水换成空气，还得让果冻保持原来的形状，太有挑战性了！但经过一次又一次的实验，基斯特勒最后利用酒精超临界干燥技术，成功解决了这个难题，世界上第一块气凝胶就这样诞生啦。不过那时候，气凝胶的制备工艺又耗时又困难，所以并没有被广泛应用。

一直到20世纪70年代，科学家用甲醇溶剂作为超临界干燥介质，制备出了二氧化硅气凝胶，气凝胶的制备工艺才大大简化，这个在实验室里沉睡了40多年的研究领域，终于开始苏醒，气凝胶也逐渐走进了大家的视野。

时至今日，气凝胶的诞生已有将近一个世纪，但科学界对气凝胶的研究仍然热度不减。从发明至今，气凝胶已经创下了十多项“吉尼斯世界纪录”，凭借极轻、隔热、最低介电常数等硬实力被誉为“改变世界的十大神奇材料”之一。

气凝胶的分类

如今，气凝胶已经形成了一个庞大的家族。这个大家族里，主要分为3部分成员：无机气凝胶、有机气凝胶和有机-无机杂化气凝胶。

无机气凝胶

顾名思义，是以无机物为基体。无机气凝胶可以耐高温，使用温度一般可以达到600℃以上。

有机气凝胶

以有机物为主体，一般具有高强度、柔韧性良好的特点，常在中低温（一般不超过400℃）的条件下使用。

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。例如，二氧化硅气凝胶具有超低热导率、耐高温等特点，是一种性能优异的隔热材料。但它强度低、材质脆，难以直接使用。而有机物气凝胶一般都具备较好的韧性。因此，将有机气凝胶和二氧化硅气凝胶结合，可以增强二氧化硅气凝胶的强度，同时也会因为有机物结构的改变，赋予杂化气凝胶特定的功能。

气凝胶的应用

如今，大到航空航天、国防工业，小到日常生活中的护膝鞋垫，到处都有气凝胶的身影。

在军工领域，气凝胶的性能得到了充分验证。在军车上覆盖防弹气凝胶复合材料就能够承受炸药带来的破坏力。另外，气凝胶同样可以作为飞机、舰船/艇、坦克、导弹等的外层材料，起到防辐射、吸收红外线和漫反射波实现隐形功能，屏蔽自身电子信号实现反侦察的功能的作用。在水下探测中气凝胶的低声速和高孔隙超轻质特性使之成为比较理想的超声探测器的声阻耦合材料和最佳水声反声材料。

在航天领域，对材料的绝热、轻量、抗压能力要求最为严苛。俄罗斯“和平”号空间站、美国“火星探路者”探测器和“火星漫步者”探测车、我国“长征五号”运载火箭和“祝融号”火星车都曾使用气凝胶材料作为绝热保温材料。

日常生活中常见的电动汽车也大多使用气凝胶。电动汽车主要以锂离子电池作为动力电池，极端条件下，电池热失控是电动汽车的首要安全问题。气凝胶隔热材料的应用，大大提高了新能源汽车的使用安全性。气凝胶隔热片是一种基于氧化硅气凝胶和陶瓷纤维基材的复合隔热材料。它用于阻隔发热部位与设备外壳之间的热传递。气凝胶毡具有导热系数低、隔热效果好和不燃性的特点。相比传统隔热材料，气凝胶毡只需1/5～1/3的厚度即可达到相同的隔热效果。据悉，众多汽车动力电池厂家，均大规模采用二氧化硅气凝胶隔热复合毡作为动力电池组件的分隔材料。

目前，可制备的气凝胶多种多样，每种气凝胶都有其专属且实用的性能，并且已经在高科技设备和日常生活中成功应用。随着制备工艺不断完善和科技水平不断发展，气凝胶研制成本逐步降低。我们相信，气凝胶将会更广泛地应用于各行各业，为各个领域带来令人惊喜的变化。

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