二氧化硅氣凝膠是一種合成的無定形硅膠，與結(jié)晶硅膠顯著不同。硅膠分子由一個硅原子和兩個氧原子構(gòu)成。如下圖所示，硅膠有兩種基本形式：無定形硅膠和結(jié)晶硅膠。如果硅膠分子排列整齊并且形成可重復樣式，則為結(jié)晶硅膠。如果硅膠分子排列不整齊，則為無定形硅膠。
二氧化硅氣凝膠又被稱作“藍煙”、“固體煙”，是目前已知的最輕的固體材料，也是迄今為止保溫性能最好的材料。因其具有納米多孔結(jié)構(gòu)（1~100nm）、低密度（3~250kg/m3）、低介電常數(shù)（1.1~2.5）、低導熱系數(shù)（0.013~0.025W/(m·k)）、高孔隙率（80~99.8%）、高比表面積（500~1000m2/g）等特點，在力學、聲學、熱學、光學等諸方面顯示出獨特性質(zhì)，在航天、軍事、石油、化工、礦產(chǎn)、通訊、醫(yī)用、建材、電子、冶金等眾多領(lǐng)域有著廣泛而巨大的應用價值，被稱為“改變世界的神奇材料”。
二氧化硅氣凝膠
一、熱學特性及其應用
1、二氧化硅氣凝膠熱學特性
氣凝膠的納米多孔結(jié)構(gòu)使它具有極佳的絕熱性能，其熱導率甚至比空氣還要低，空氣在常溫真空狀態(tài)下的熱導率為0.026W/(m·k)，而氣凝膠在常溫常壓下的熱導率一般小于0.020W/(m·k)，在抽真空的狀態(tài)下，熱導率可低至0.004W/(m·k)。
氣凝膠之所以具有如此良好的絕熱特性與它的高孔隙率有關(guān)。熱量的傳導主要通過三種途徑來進行，氣體傳導，固體傳導，輻射傳導。在這三種方式中，通過氣體傳導的熱量是很小的，因此大部分氣體都具有非常低的熱導率。常用的絕熱材料都是多孔結(jié)構(gòu)，其正是利用了空氣占據(jù)了固體材料的一部分體積，從而降低了材料整體的熱導率。氣凝膠的孔隙率比普通絕熱材料要大得多，其95%以上都是由空氣構(gòu)成，決定了其將具有與空氣一樣低的熱導率。而且氣凝膠中包含大量孔徑小于70nm的孔，70nm是空氣中主要成分氮氣和氧氣的自由程（氣體分子兩次碰撞之間的時間內(nèi)經(jīng)過的路程的統(tǒng)計平均值），因此意味著空氣在氣凝膠中將無法實現(xiàn)對流，使得氣態(tài)熱導率進一步降低。氣凝膠中含量極少的固體骨架也是由納米顆粒組成，其接觸面積非常小，使得氣凝膠同樣具有極小的固態(tài)熱導率。氣凝膠的熱輻射傳導主要為發(fā)生在3-5μm區(qū)域內(nèi)的紅外熱輻射，其在常溫下能夠有效的阻擋紅外熱輻射，但隨著溫度的升高，紅外熱輻射透過性增強。為了進一步降低高溫紅外熱輻射，通常向氣凝膠中加入遮光劑，如碳黑、二氧化鈦等，遮光劑的使用能夠大大降低高溫下的紅外熱輻射。
2、二氧化硅氣凝膠應用
SiO2氣凝膠作為一種納米孔超級絕熱材料，除具有極低的熱導率之外還具有超輕質(zhì)以及高熱穩(wěn)定性的特性，它在工業(yè)、民用、建筑、航天及軍事等領(lǐng)域具有非常廣泛的應用。
1）、傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域
如石化行業(yè)、化工行業(yè)、冶金行業(yè)等等，管道、爐窯及其它熱工設備普遍存在，用氣凝膠隔熱材料替代傳統(tǒng)的保溫材料，節(jié)能效果明顯。 ?太陽能利用 ? 具有高度透光率及低熱導率的氣凝膠對入射光幾乎沒有反射損失，能有效地透過太陽光，因此氣凝膠特別適合于用作太陽能集熱器及其它集熱裝置的保溫隔熱材料，當太陽光透過氣凝膠進入集熱器內(nèi)部，內(nèi)部系統(tǒng)將太陽光的光能轉(zhuǎn)化為熱能，氣凝膠又能有效阻止熱量流失。
2）、節(jié)能建筑
由于氣凝膠既具有絕熱特性，又具有吸聲特性，且具有透光性，因此可以將氣凝膠夾在雙層玻璃之間制成夾芯玻璃，其絕熱效果比普通的雙層玻璃高幾倍，且具有降噪效果。將這種玻璃用于房屋的窗戶，可以大大降低熱量流失，有明顯的節(jié)約能源的作用，以氣凝膠為夾層的窗玻璃的熱損失率比目前最好的窗系（氫氣充填并用低發(fā)射率的銦氧化物或銀作涂層）還要減少三分之二。如果將氣凝膠玻璃用于高層建筑取代一般幕墻玻璃，將大大減輕建筑物自重，并能起到防火作用。
3）、航空航天
與傳統(tǒng)隔熱材料相比，SiO2氣凝膠隔熱材料可以用更輕的質(zhì)量、更小的體積達到更好的隔熱效果，這一特點在航空、航天應用領(lǐng)域具有極大的優(yōu)勢。 ?氣凝膠可以作為飛機上使用的隔熱消音材料。據(jù)報道，航天飛機及宇宙飛船在重返大氣層時要經(jīng)歷數(shù)千攝氏度的白熾高溫，保護其安全重回地球的絕熱材料正是SiO2氣凝膠。美國NASA在“火星流浪者”的設計中，使用了SiO2氣凝膠作為保溫層,用來抵擋火星夜晚的超低溫。
4）、軍事領(lǐng)域
SiO2氣凝膠可作為飛機機艙的隔熱層材料?？梢宰鳛楹藵撏А⒄羝麆恿楎?qū)逐艦的核反應堆、蒸發(fā)器、鍋爐以及復雜的高溫蒸汽管路系統(tǒng)的高效隔熱材料，可以增強隔熱效果，降低艙內(nèi)溫度,同時有效降低隔熱材料的用量,增大艙內(nèi)的使用空間，有效改善各種工作環(huán)境。
5）、家電
用塊狀、顆粒狀或粉末狀的氣凝膠取代氟里昂發(fā)制的聚氨酯泡沫作為冰箱等低溫系統(tǒng)的隔熱材料，可以防止氟里昂氣體泄漏破壞大氣臭氧層，從而保護人類的生存環(huán)境。
6）、服裝
將二氧化硅氣凝膠作為冬季保暖服裝的襯料可以使服裝既輕質(zhì)又保暖。
