近年来，气凝胶作为一种新型材料，被称为“世界上最轻的固体材料”，在材料市场上炙手可热。气凝胶到底是一种什么样的材料呢？它其实源于凝胶物质。凝胶是指含有大量液体并保持一定形态的弹性半固体物质。日常生活中的豆腐、果冻、退烧贴、珍珠奶茶中的珍珠以及具有护肤作用的芦荟凝胶等，都属于常见的凝胶物质。

将凝胶中的液体成分成功置换为空气或气体，同时保持原凝胶的固态结构不变，那么，这种新的固态物质就是气凝胶——一种主要由纳米级固体骨架构成的纳米多孔材料。

1931年，美国科学家Samuel Stephens Kistler首次成功制备出气凝胶。他利用超临界干燥技术，制备出具有高比表面积、低堆积密度和低热导率的疏松多孔非晶固态材料，并把它命名为“aerogel”，即气凝胶。Kistler将这一成果《共聚扩散气凝胶与果冻》发表在《自然》杂志上，这标志着气凝胶材料的诞生。

气凝胶英文“aerogel”中的“aero”意味着“空气”，而“gel”则是指“凝胶”，意思就是“空气凝胶”，形象地描述了这种材料内部充满了空气且具有纳米多孔结构的特点。

本文主要介绍纯气凝胶材料，即没有复合增强纤维的气凝胶。纯气凝胶属于纳米材料，具备以下一些显著特性：

1）高孔隙率：气凝胶内部孔隙率最高可达99.8%，这种高孔隙率赋予了气凝胶巨大的比表面积，有利于吸附和催化反应。

2）极低密度：气凝胶密度非常低，材质轻盈，多数密度范围一般在3-50kg/m³，常被称为冻烟。全碳气凝胶的密度低至0.16kg/m³，不到空气密度的七分之一。

3）高比表面积：纳米级骨架及孔洞结构使其具有极高比表面积，可达2000m²/g，被具超级海绵吸附效应。

4）隔热性能优异：由于其高孔隙率和低密度，气凝胶具有极低的热导率，通常在0.013到0.02 W/(m·K)之间，远低于大多数传统保温材料，适用于极端环境下的隔热需求。

5）隔音效果良好：气凝胶的多孔结构能够有效吸收声波，减少噪音传播，适用于需要隔音的场合。

6）化学稳定性：许多气凝胶材料对酸碱和有机溶剂具有良好的耐受性。比如无机气凝胶在高温条件下有良好的化学稳定性。

7）其他独特属性：如光学特性、电学特性等等。

基于超临界、常压和真空冷冻等干燥技术，可将很多材料制成纯气凝胶材料。如聚氨酯、氧化硅、氧化铝等等。纯气凝胶材料已发展成为种类繁多的大家族，可点击浏览《纯气凝胶材料的主要分类方法》。

这里需要指出的是：纯气凝胶目前均由实验室制备，尚未实现工业化的规模生产。通常需要与其他材料复合使用以提高其强度和实用性。市面上销售的气凝胶大多数为氧化硅气凝胶复合隔热材料，与纯气凝胶材料的特性其实还存在一些明显差异。

纯气凝胶材料目前多以小块状，球状等形态用于科研领域和极少数航天领域。比如，氧化硅气凝胶材料曾用于NASA星际尘埃捕获和切连科夫计数器。纯气凝胶因制备成本高昂，加上受限于制品形态的尺寸大小或机械强度，暂时还无法直接广泛用于工业、建筑和民用领域。因此，目前也尚未出现推动纯气凝胶规模化生产的产业力量。

气凝胶的隔热用途开发最为广泛。通过真空浸渍纤维增强工艺及干燥处理技术，有机、无机及复合杂化类气凝胶材料非常适用于保温隔热领域。其中以无机二氧化硅气凝胶复合材料为主，一般制成毯毡或板材，称为“气凝胶复合保温材料”。但请注意的是：气凝胶复合隔热材料与“复合气凝胶”是两种不同的概念。