Chine paysage enneigé du palais du Potala à Lhassa

一、基本概述

定义：气凝胶（aerogel）是一种通过溶胶-凝胶法结合超临界干燥（或新型常压干燥）技术制备而成的三维纳米多孔固态材料，孔隙率＞90%，空气占比超90%，具有超低热导率（0.012-0.024W/(m·K)）、超高比表面积、优异声学性能及功能可设计性。

图1 不同气凝胶的微观表征

二、分类信息

三、详细解释

气凝胶化学组成多样，主要包括无机型（如二氧化硅、氧化铝）、有机型（如聚酰亚胺、纤维素）及碳基型（如石墨烯、碳纳米管、生物质衍生碳气凝胶）等类别。其形成过程是将凝胶里的液体置换成气体制成的，内部充满纳米级的微小孔洞（孔径<100nm和三维连续网络），同时保证其形状不改变，最终得到一种具有固相骨架支撑气体填充的纳米孔结构特征的新型材料。这种结构让它变得非常轻，同时又具有出色的隔热性能。气凝胶也具凝胶的性质，即具触变作用、离浆作用。

图2 气凝胶拥有强大的隔热功能

气凝胶作为一种兼具轻质化与高性能的新型功能材料，可作为突破传统材料性能极限的前沿材料，以及需精密调控制备工艺的先进功能材料。

四、应用领域/前景

目前，气凝胶正逐步转变为具有战略意义的新材料，已在多个领域取得实质性应用成果。在建材节能领域，气凝胶凭借卓越性能，正成为建筑行业绿色低碳转型与创新发展的关键驱动力，深度响应住建部打造“好房子”的核心要求。在建筑围护结构的保温隔热、室内空间的隔声降噪，以及应对极端气候环境挑战等方面，气凝胶都展现出不可替代的优势。

在环保材料创新赛道上，生物质气凝胶凭借全生命周期可降解特性，重新定义了建筑材料的绿色标准。纤维素基气凝胶以农林废弃物为原料，生产能耗相比传统二氧化硅气凝胶大幅降低；壳聚糖基气凝胶源自虾蟹壳等生物废料，可在数月内完成微生物降解。当这些材料制成吸音板应用于图书馆、剧院时，不仅实现了废弃物的高值化利用，更能打造出静谧的声学空间。

智能响应气凝胶赋予建筑表皮“智慧感知”能力，温控型气凝胶内置相变材料，夏季自动吸热降低导热系数，冬季凝固释热维持室内温度；光敏型气凝胶搭载光致变色材料，强光下阻挡紫外线，阴天时透光率提升，实现采光与隔热的动态平衡。

制备工艺的革命性突破，正加速气凝胶从实验室走向规模化应用。10μm级精度的3D打印技术，既能塑造出兼具艺术美感与保温隔音功能的浮雕装饰，也能定制梯度孔隙结构的混凝土节点，降低热传导损失。绿色合成工艺以水基溶胶体系替代有机溶剂，不仅消除挥发性污染，更削减制备能耗，推动气凝胶保温毡成本下降。目前在产业化应用方面，气凝胶已展现了部分性的突破。目前建筑保温用二氧化硅气凝胶毡、新能源汽车电池包隔热片等产品已实现万吨级量产。

在极地科考站，气凝胶夹芯板以超低导热系数抵御-50℃严寒。在沙漠生态建筑中，气凝胶反射涂层降低室内温度，减少空调能耗。随着技术迭代与成本优化，气凝胶正从极端环境走向民生工程，在保障性住房中提升节能性能，在老旧小区改造中改善居住品质。未来，气凝胶有望成为建筑行业绿色转型的核心引擎，以材料创新驱动人居环境全面升级。

在新能源产业领域，气凝胶用于锂电池防火隔热气凝胶片、氢燃料电池双极板隔热层、光伏板背板封装材料；在航空航天与高端装备领域，气凝胶可用作航天器热防护层及超轻卫星结构材料；在环保与资源回收领域，油污吸附气凝胶及重金属离子捕捉气凝胶；在气体吸附净化领域，以二氧化硅气凝胶为代表的吸附材料表现出突出的性能，不仅能高效吸附二氧化碳、挥发性有机化合物等气态污染物，在净化水体方面也有着良好的应用潜力。

通过资源高效利用和污染最小化原则，气凝胶不仅实现了废弃物资源化利用，还能有效减少天然资源消耗，未来在极端环境与大规模民用场景的协同应用将进一步释放其经济和环境效益。

五、绿色应用难点

当前，气凝胶在绿色应用仍面临多项技术与产业化难题。其杂质处理尚存在技术瓶颈，亟需开发更高效、更低成本的净化技术，并进一步优化气凝胶材料性能。

在力学性能方面，传统气凝胶脆性大，仍需通过纤维复合或交联改性提升力学性能；常压干燥技术仍面临孔结构坍塌风险，超临界干燥成本较高等难题。此外，在规模化生产过程中难以保持产品性能的一致性，也制约了其在对性能稳定性要求较高的工业领域的应用。

目前，气凝胶的资源化利用效率偏低，仍未形成完整的绿色闭环体系，规模化回收工艺的缺失仍是实现闭环利用的关键瓶颈。然而，随着低碳政策驱动，以及气凝胶改性技术的持续突破（如生物质基气凝胶、自修复网络结构），气凝胶正逐步从高端领域向民生领域扩展，有望成为碳中和背景下多产业协同升级的重要材料支撑。

本词条贡献者：

董文钧 北京科技大学材料科学与工程学院教授

本词条审核专家：

吴吉明 中国工程师联合体学术委员会委员、北京土木建筑学会常务副秘书长，高级工程师

王思娅 中国建筑科学研究院高级工程师、中国工程标准化协会农房与改造专委会副秘书长、建筑用气凝胶应用推广工作组专家、北京土木建筑学会建材分会秘书长

参考来源：

[1] 全国绝热材料标准化技术委员会(SAC/TC 191).纳米孔气凝胶复合绝热制品:GB/T 34336-2017[S].中国标准出版社,2017.

[2] 高敏,吕呈,王鹏,等.降活型防火聚脲涂层改性聚氨酯可控膨胀材料研究[J].涂料工业,2024,54(12):2-9.

[3] 张佳庆,黄玉彪,蒋恭华,等.多火灾升温条件下超薄型钢结构防火涂料隔热性能研究[J].中国安全科学学,2024,34(09):114-120.DOI:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2024.09.0647.

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