氣凝膠是指具有納米多孔網(wǎng)絡結構且網(wǎng)絡骨架中充滿大量氣態(tài)分散介質的輕質納米固態(tài)材料。得益于其結構的特殊性，氣凝膠材料具有廣泛的用途，其中二氧化硅氣凝膠材料便是基于氣凝膠技術對SiO2應用的探索成果，相交于其他氣凝膠材料，SiO2氣凝膠原材料來源豐富，工藝簡單，可控性好；在性能方面兼有高透明性、低熱導率特性以及高比表面積等特性。
SiO2氣凝膠的基本性質
SiO2氣凝膠獨特的性質決定其在熱學、光學、電學、聲學等方面均有獨特的優(yōu)良性質。
熱學性質
二氧化硅氣凝膠材料納米顆粒骨架結構和尺寸孔徑分布范圍均勻，使其具有極低的密度和熱導率，因此二氧化硅在隔熱保護方面具有優(yōu)異的性能。研究表明，二氧化硅氣凝膠的熱對流效應微乎其微，對于一般二氧化硅氣凝膠來說其熱導率由氣態(tài)熱傳導、固態(tài)熱傳導和熱輻射組成。而常壓下材料孔隙內(nèi)的氣體對熱傳導可忽慮不及，所以二氧化硅氣凝膠的熱傳導主要由固態(tài)熱傳導和輻射熱傳導所決定。極低的密度增加了固體導熱途徑，有效降低固態(tài)熱傳導；而加入遮光劑能極大增加比消光系數(shù)，降低輻射熱傳導，從而讓其具有極低的熱導。
光學性質
大部分二氧化硅氣凝膠能制成全透明或半透明材料。其折射率與密度的方程如下：
n的取值范圍與空氣折射率相仿，表明它對入射光無反射存在，阻止環(huán)境溫度的熱紅外輻射，具有良好的透明性，是一種良好的隔熱透明材料。
電學性質
二氧化硅氣凝膠介電常數(shù)較低，其介電常數(shù)與密度和孔隙率都有一定的關系。研究表明介電常數(shù)隨著孔隙率增大而減小。
聲學性質
通常二氧化硅氣凝膠多孔材料對聲波的阻力與其孔徑和粒徑有關。大部分二氧化硅氣凝膠的密度非常低，所以聲傳播速率很小，縱向聲速可低達100m/s數(shù)量級，且二氧化硅氣凝膠的聲阻抗可變范圍很大，可通過控制密度來控制不同聲抗阻z制備出相應的二氧化硅氣凝膠。
SiO2氣凝膠的制備方法
制備二氧化硅氣凝膠的主要流程包括三個部分：
溶膠-凝膠化過程：通過硅源的前驅反應得到溶膠后添加催化劑發(fā)生水解縮聚得濕凝膠。
凝膠的老化：在母液中將濕凝膠靜置老化，來提高其力學強度和穩(wěn)定性。
干燥工藝：凝膠中的液體分散介質要從孔洞中干燥氣體才能形成二氧化硅氣凝膠。
SiO2氣凝膠制備示意圖
SiO2氣凝膠的應用
人們利用微觀結構賦予二氧化硅氣凝膠的性質，通過對二氧化硅氣凝膠材料進行適當?shù)募庸ぬ幚恚缓笤诟魺犷I域、光學領域、電學領域、催化領域和醫(yī)學領域等領域展開廣泛的應用。
隔熱領域
二氧化硅氣凝膠具有極低的密度，相對于傳統(tǒng)隔熱材料它可以以更輕的質量、更小的體積達到相同的隔熱效果，如今在航空航天、軍事以及民用等領域已經(jīng)展示出廣闊的應用前景。如英國的“美洲豹”戰(zhàn)斗機就是以二氧化硅氣凝膠隔熱復合材料作為機艙隔熱層。武器動力裝置上使用二氧化硅氣凝膠隔熱復合材料不僅能夠有效阻止熱源的擴散，還可以利于武器本身的反紅外偵察。在建材領域，二氧化硅氣凝膠也是絕佳的環(huán)保型高效隔熱隔音輕質建筑材料。較好的透明性和良好的絕緣性也使其成為大有前途的窗體隔熱材料。
光學領域
二氧化硅氣凝膠的納米多孔結構使其在可見光范圍內(nèi)的平均自由程較長，具有良好的透光率，用它作透光材料反射光損失可忽略不計。利用二氧化硅氣凝膠的光學特性制備出的光學減反膜，可以應用于高功率激光系統(tǒng)光學元件、顯示器件以及太陽能電池保護玻璃等領域。
電學領域
超低的介電常數(shù)促使二氧化硅氣凝膠在電學領域中可以大量應用于導彈的高溫透波材料。
催化領域
獨特的納米多孔三維網(wǎng)絡結構，導致其具有超細顆粒、高孔隙率、高比表面積、低密度等特性，使得它有著很強的吸附性，在負載催化劑的活性、選擇性、壽命等方面大大優(yōu)于傳統(tǒng)催化劑，因而在催化領域有著巨大的應用價值。
醫(yī)學領域
二氧化硅氣凝膠具有極高的孔隙率，同時還具有一定的生物機體相容性和生物降解性，因此可用于診斷劑、人造組織、人體器官、器官組件等生物醫(yī)學領域。如通過吸附相關溶液攜帶藥物，可應用于載藥傳輸和控制釋放系統(tǒng)等醫(yī)療行為。而且還可以利用二氧化硅氣凝膠負載酶對生物體反應和存在的敏感響應制造生物傳感器。
參考資料：
陳龍武. SiO2氣凝膠的非超臨界干燥法制備及其形成過程
李偉. 溶膠-凝膠法制備疏水型SiO2氣凝膠
李可. 二氧化硅氣凝膠及其復合材料的常壓干燥制備與性能研究
劉朝輝. 二氧化硅氣凝膠的制備和表征
張德忠. 二氧化硅氣凝膠在保溫隔熱領域中的應用
