气凝胶——超级绝热保温材料气凝胶——改变世界的神奇材料二氧化硅气凝胶又被称作“蓝烟”、“固体烟”，是目前已知的最轻的固体材料，也是3迄今为保温性能最好的材料。

因其具有纳米多孔结构(1~100nm)、低密度(1,500kg/m)、低介电常数(1.1~2.5)、低导热系数(0.003~0.025 w/m•k)、高孔隙率(80,,99 8,)、高比表2面积(200~1000m/g)等特点，在力学、声学、热学、光学等诸方面显示出独特性质，在航天、军事、通讯、医用、建材、电子、冶金等众多领域有着广泛而巨大的应用前景，被称为“改变世界的神奇材料”。

气凝胶的特性及应用特性应用在所有固体材料中热导率最低，建筑节能材料，热学轻质，保温隔热材料，透明，浇铸用模具等。

超低密度材料密度 ICF以及X光激光靶 3(最低可达3kg/m)高比表面积，催化剂，吸附剂，缓释剂、离子交孔隙率多组分。

换剂、传感器等低折射率， Cherenkov探测器，光学透明，光波导，多组分, 低折射率光学材料及其它器件声学低声速声耦合器件低介电常数，微电子行业中的介电材料，电学高介电强度，电极，超级电容器高比表面积。

弹性，高能吸收剂，机械轻质。

高速粒子捕获剂气凝胶的发展世界上第一个气凝胶产品是1931年制备出的。

当时，美国加州太平洋大学(College of the Pacific)的Steven.S. Kistler提出要证明一种具有相同尺寸的连续网络结构的固体“凝胶”，其形状与湿凝胶一致。

证明这种设想的简单方法，是从湿凝胶中去除液体而不破坏固体形状。

如按照通常的技术路线，很难做到这一点。

如果只是简单地让湿凝胶干燥，凝胶将会收缩，常常使原来的形状破坏，破裂成小碎片。

也就是说，这种收缩经常是伴随着凝胶的严重破裂。

Kistler推测:凝胶的固体构成是多微孔的，液体蒸发时的液一气界面存在较大的表面张力，该表面张力使孔道坍塌。

此后，Kistler发现了气凝胶制备的关键技术(Kistler，1932)。

Kistler研究的第一个凝胶是通过硅酸钠的酸性溶液浓缩制备的SiO凝胶。

2然而，他试图通过把凝胶中的水转变成超临界流体的方式来制备气凝胶却没有成功。

Kistler再尝试首先用水充分洗涤二氧化硅凝胶(从凝胶中去掉盐)，然后用乙醇交换水，通过把乙醇变成超临界流体并使它跑掉，第一个真正的气凝胶形成了。

Kistler的气凝胶与现在制备的二氧化硅气凝胶类似，是具有相当大的理论研究价值的透明、低密度、多孔材料。

在之后的几年时间里，Kistler详尽地表征了他的二氧化硅气凝胶的特性，并制备了许多有研究价值的其它物质的气凝胶材料，包括:A10 , W0 , Fe0 , Sn0、酒石酸镍、纤维素、纤维素硝酸盐、233232 明胶、琼脂、蛋白、橡胶等气凝胶。

后来，Kistler离开了太平洋大学，到Monsanto公司供职。

Monsanto公司o公司的产品是粒状的Si0材料，很快就开始生产商品化的气凝胶产品，Monsant2虽然其生产工艺无人知晓，但人们推断应当是Kistler的方法。

Monsanto公司的气凝胶当时是被用来作化妆品及牙膏中的添加剂或触变剂。

在以后的近30年中，有关气凝胶的研究几乎没有什么进展。

直到20世纪60年代，随着价格便宜的“烟雾状的(fumed)”Si0的研制开发，气凝胶的市场开始萎缩，Monsanto2公司停止了气凝胶的生产。

从此，气凝胶在很大程度上被人淡忘了。

直到20世纪70年代后期，法国政府向Claud Bernard大学的Teichner教授寻求一种能储存氧气及火箭燃料的多孔材料。

之后所发生的事情，在从事气凝胶研究的人员中有一种传说。

Teichner让他的一个研究生来制备气凝胶并研究其应用，然而，使用Kistler的方法，包括两个耗时、费力的溶剂萃取步骤，他们的第一个气凝胶花了数周时间才制备出来。

然后，Teichner告诉这个学生，要完成他的学位论文，将需要大量的气凝胶样品;该学生意识到，如按照Kistler的方法制备，这要花许多年才能完成，他精神崩溃地离开了Teichner的实验室;经过一段短暂地休息、思考，他又回到了实验室，有一种强烈的动机，激发他去寻找一种更好的Si0气凝胶的合成2工艺。

经过不懈地努力探索，该学生成功地应用溶胶一凝胶化学法制备出Si02气凝胶，这使气凝胶科学研究前进了一大步。

这种方法用正硅酸甲酷(TMOS)代替Kistler所使用的硅酸钠，在甲醇溶液中通过TMOS水解一步产生凝胶(称为“醇凝胶”)，这消除了Kistler方法中的两个缺点，即醇水替换步骤及凝胶中存在无机盐，在超临界甲醇条件下干燥这些醇凝胶，就制备出高质量的Si0气凝2胶。

后来，Teichner的研究组及其他人使这种方法扩展，制备了多种金属氧化物气凝胶产品。

这项发现之后，随着加入到这个领域的研究人员的增加，气凝胶科学技术有了快速发展。

下面是一些著名的成果:(1)20世纪80年代初期，粒子物理学家认识到SiO气凝胶将是制造切仑2科夫(Cherenkov)探测器的理想介质材料，试验需要大量的透明SiO气凝胶。

2他们使用TMOS方法，制造了两个大探测器:一个是在德国汉堡的DESY (Deutsches Elektronen Synchrotron)实验室的TASSO探测器，使用了1700升SiO气凝胶;另一个是欧洲粒子物理研究所(CERN)制造的探测器，使用了2由瑞典兰德大学(University of Lund)制备的1000升Si0气凝胶。

2(2)使用TMOS方法，制备Si0气凝胶块状材料的第一个试验工厂(中试2厂)是由兰德大学的研究人员在瑞典的斯乔波(S jobo)建立的。

工厂使用了3000升的高压反应釜，以满足使用超临界甲醇(239.4?，8.09MPa)所需的高温高压。

可是，在1984年高压釜在生产过程中发生泄漏，厂房内很快充满了甲醇蒸气，随之发生了爆炸。

幸运的是，在这次事故中未造成人员伤亡，但设备完全报废了。

后来，工厂重建，继续使用 TMOS方法生产SiO气凝胶。

现在，这家2工厂由Airglass公司管理。

(3)1983年，伯克利实验室(Berkeley Lab)的微结构材料研究组(Microstructured Materials Group)发现毒性非常大的化合物TMOS可用正硅酸乙脂(TEOS)替代，TEOS是比较安全的试剂，使用TEOS不降低气凝胶产品的质量。

(4)微结构材料研究组(Microstructured Materials Group)也发现，在进行超临界干燥之前，凝胶中的乙醇能用液态CO替换，而不会对气凝胶产生不2 良影响。

在安全性方面，这又是一个极大的进步，因为在CO的临界点(31.0?，27.3MPa)的工作条件要比甲醇容易达到。

此外，C0没有爆炸的危险。

这种技术2被用于由TEOS制备透明的SiO气凝胶材料。

德国BASF公司同时发明了由硅酸2钠制备SiO气凝胶小珠的CO取代法，这种材料直到1996年才开始投产，商品22名为“BASOGEL"。

(5) 1985年，德国维尔兹堡大学物理所的Jochen Fricke教授在维尔兹堡组织了首届“气凝胶国际研讨会”(International Sympos ium on Aerogels，简称ISA)在这次会议上收到了世界各地的研究人员提交的25篇论文。

随后，ISA分别于1988年在法国的蒙彼利埃、1991年在德国的维尔兹堡、1994年在美国的伯克利举行。

其中参加1994年的第四届ISA会议的人员有151名，10个特约报告，51篇投稿，35篇展报。

第五、六界ISA会议分别于1997年和2000年在法国的蒙彼利埃及美国新墨西哥州的阿尔伯克基市(Albuquerque)举行。

(b) 20世纪80年代后期，由Larry Hrubesh领导的LLNL实验室(Lawrence Livermore National Laborato动研究人员制备出世界上密度最小的CO气凝胶2 3(并且是密度最小的固体材料)，气凝胶的密度为0.003g/cm，仅是空气密度的3倍。

(7)美国的喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory)制备的气凝胶已经在航天飞机宇宙飞行中执行了几次特别任务，这些低密度的气凝胶被用来收集高速的宇宙尘埃样品。

目前，气凝胶的研制主要集中在德国的BASF公司、DESY公司，美国的劳仑兹利物莫尔国家实验室(LLNL)、桑迪亚国家实验室(SNL)，法国的蒙彼利埃材料研究中心，瑞典的LUND公司以及美国、德国、日本的一些高等院校。

在国内，SiO气凝胶的制备及其特性研究九十年代才开始起步。

目前国内比较有实力的气2 凝胶研究机构包括同济大学、国防科技大学、北京科技大学、绍兴市纳诺高科有限公司下属的研发中心等。

白炭黑与SiO气凝胶的区别 2从定义、结构、性能、生产工艺以及应用等多方面对白炭黑与SiO气凝胶进2行区别。

定义 1.白炭黑:白炭黑是白色粉末状X-射线无定形硅酸和硅酸盐产品的总称。

气凝胶:是由胶体粒子或高聚物分子相互聚集成纳米多孔网状结构，并在孔固体相和孔隙结构均为纳米量隙中充满气态分散介质的一种高分散固态材料, 级。

2.结构传统法生产的白炭黑结构示意图改进工艺后生产的白炭黑结构示意图SiO气凝胶的结构示意图 23.性能白炭黑分子式为Si0?nH20(水合二氧化硅)，是一种白色、无毒、无定型微2 细粉状物，具有多孔性、高分散、质轻、化学稳定性好、耐高温、不燃烧和电绝缘性好等优异性能。

高纯者Si0达99.8%，原始粒径,0.003mm，密度为23 g / cm，熔点1750?。

2.319-2.653Si0气凝胶具有低的折射率、低的弹性模量、低声阻抗、低热导率、强吸附2 性、典型的分形结构等性能。

目前制备得到的气凝胶，其孔隙率在80-99.8%，2典型孔洞尺寸在100nm范围内，比表面积可达1000m/g，作为基本单元的胶质3粒子直径约为1-20nm，采用一步法制备的密度在0.05-0.2 g / cm，采用二步法制3备的SiO气凝胶密度在0.010 g / cm以下。

24.生产工艺白炭黑的制备方法很多，为了方便，仅以稻壳灰制备白炭黑的工艺为例，与我们用稻壳灰生产SiO气凝胶的工艺进行比较。

2白炭黑工艺:酸化处理过滤稻壳灰碱化处理煅烧水洗烘干过滤粉碎白炭黑SiO气凝胶工艺: 2过滤溶胶、凝胶碱浸取稻壳灰醇洗水洗超临界干燥老化SiO气凝胶 25.应用白炭黑的世界年产量大约为80—90万吨，产品品种有50—60种。

白炭黑以前主要用于军工领域，从20世纪90年代开始大量用于民用工业，如硅橡胶、聚酯、密封胶、涂料、油墨和着色剂(调色剂)、电缆溶胶、弹性体、化妆品、医药产品、复合材料、食品等领域。