关于⽓凝胶
⽓凝胶（aerogel）是由胶体粒⼦或聚合物分⼦相互聚集构成的微纳多孔⽹络结构，并在孔隙中充满空⽓分散介质的⼀种新型轻质固体材料，具有极低的表观密度（可低⾄0.002gcm -3）、⾼孔隙率（80%-99.
8%）、⾼⽐表⾯积（100-2000m 2g -1 ）等特点，从⽽使其具有良好的阻隔性能、极低的热导率（0.01-0.04Wm -1 K -1 ）以及⾼吸附、催化和负载能⼒等优异性能。因此，⽓凝胶有望作为隔热保温材料、阻燃材料、隔⾳材料、⾼效吸附材料、催化剂载体材料、光学器件及电极能源材料等得到⼴泛应⽤，被视为“未来最具潜⼒的⼗⼤材料之⼀”。
⽓凝胶的分类
根据⽓凝胶的⾻架组成物质将其分为三类：⽆机⽓凝胶，主要类型有硅⽓凝胶和⾦属氧化物⽓凝胶；有机⽓凝胶，该类型使⽤的前躯体多为间苯⼆酚-甲醛；碳⽓凝胶，在惰性⽓氛和⾼温的条件下，碳化有机⽓凝胶只保留碳⾻架结构。
除此之外，根据⽓凝胶材料⼲燥⽅法的不同，可以分为常压⼲燥⽓凝胶、冷冻⼲燥⽓凝胶和超临界⼲燥⽓凝胶三种类型。
图⽚来源⽹络
⽓凝胶复合材料简单易懂来说是⽓凝胶+复合结构材料通过⼯艺变成⽓凝胶复合材料。⽓凝胶性能最⾼，但其较低的强度和韧性等限制了材料的⼴泛应⽤。为提⾼⽓凝胶材料的韧性和强度，各种增强材料（⾦属/氧化物、纤维、⽆纺布和薄膜等）与⽓凝胶材料进⾏复合后制得了具有独特性能的⽓凝胶复合材料。
⽓凝胶及其复合材料应⽤
1.⽓凝胶在隔热保温⽅⾯的应⽤
隔热材料（即热绝缘材料）可以对热量传递有很好的阻隔作⽤，是⼀类阻碍热传递的功能性材料。该材料被⼴泛应⽤于建筑领域。⽓凝胶可以被⽤作隔热板应⽤在建筑物的外墙，起到保温的作⽤。⽓凝胶隔热材料的使⽤既不会增加建筑外墙的厚度，还可以节省建筑材料，降低建筑成本。除此以外，⽓凝胶还可以对⽓体运输管道进⾏隔热和保温，对管道起到保护的作⽤。
2.⽓凝胶在声学⽅⾯的应⽤
⽓凝胶具有很低的密度，可以使得声波在⽓凝胶中的传播速率⼤⼤降低，⼆氧化硅⽓凝胶的密度为0.2g/cm3，声波在⽓凝胶中的传播速率为100m/s。除此以外，⽓凝胶的质量较轻，⽽且⽆污染，是⼀
钛雷种⾮常好的吸声材料，被⼴泛应⽤到建筑领域。在城市中的住房和⼯⼚的建设中使⽤⽓凝胶材料，⽓凝胶可以吸附城市噪⾳以及⼯⼚中⽣产制造的噪⾳污染。
3.⽓凝胶在电学⽅⾯的应⽤
⽓凝胶的介电常数较低⽽且具有可调控性，因此，⽓凝胶可以作为衬底材料⽤于集成电路中。⼀般来说，衬底材料所具有的介电常数与电⼦的运算速率成反⽐，即介电常数越⼤，运算速率越慢。⽓凝胶材料的介电常数较⼩，可以有效提⾼电⼦的运算速率。⽐如，⼆氧化硅⽓凝胶的介电常数很低，仅1.008C2/(N·M2)，以此作为衬底材料，可以使得电⼦的运算速率达到很快的速度。⽽且，⽓凝胶是⼀种电绝缘材料，避免了电路漏电的可能。除了以上的应⽤领域以外，⽓凝胶材料也被⼴泛应⽤到了光学⽅⾯和化学催化剂载体⽅⾯等。
4.⽓凝胶在⽔处理⽅⾯的应⽤
⽓凝胶是⼀种多孔材料，具有许多优异的特性，如密度较低，⼤的⽐表⾯积和⾼的孔隙率等。这些特性的存在使得⽓凝胶可以作为吸收⽔资源中的化学污染品的材料来使⽤，优点在于，⽓凝胶材料不仅不会对⽔资源造成污染，⼜能快速的清理污染品，清洁⽔质，⽽且价格低廉。
5.氧化物及其复合⽓凝胶
氧化物⽓凝胶属于⽓凝胶领域较成熟的种类，通常采⽤醇盐或盐类作为前驱体，采⽤酸碱两步催化⽅法制备⽽成，兼具氧化物及⽓凝胶两者的特性，在氧化物原有优良性能的基础上附加了轻质、⾼孔隙率、⾼⽐表⾯积等特性，拓展了氧化物⽓凝胶材料的应⽤领域。⽬前，氧化物⽓凝胶研究较多的主要是SiO2、TiO2、ZrO2和Al2O3⽓凝胶及复合⽓凝胶。 6.碳化物及其复合⽓凝胶
碳化物是⼀种⾼硬度、⾼熔点和化学性质稳定的化合物，⼀般通过原位⽣成法制得，在制备过程中控制⼯艺参数将碳化物制成⽓凝胶结构，可提升⽓凝胶材料的使⽤温度，进⽽拓展在⾼温领域的应⽤，如航天航空、⾼温窑炉、核能等领域。
7.氮化物及其复合⽓凝胶
氮化物⽓凝胶是⼀种新型的⽆机⽓凝胶，⽬前的研究主要集中在Si3N4⽓凝胶和BN⽓凝胶，还涉及了少量其他氮化物⽓凝胶的研究，如C3N4⽓凝胶和氮化钒(VN)⽓凝胶。将氮化物材料制备成多孔⽓凝胶结构，将兼具⽓凝胶与氮化物的优异特性，这对于拓展氮化物材料的应⽤具有⼗分重要的意义，但是国内外对于氮化物⽓凝胶的研究尚处于基础阶段，该类⽓凝胶的研究仍有较⼤发展空间。
8.聚合物基有机⽓凝胶
聚合物基有机⽓凝胶是以⾼聚物分⼦通过与胶体粒⼦之间以氢键或范德华⼒相结合⽽形成的具有多孔⽹络结构的有机化合物与传统的⽆机⽓凝胶相⽐，有机⽓凝胶性能主要取决于聚合物种类，因此聚合物基有机⽓凝胶具有灵活的设计性和性能可调性。聚合物基有机⽓凝胶主要有聚氨酯(PU)、聚脲(PUA)、聚酰亚胺(PI)等研究较多的聚合物基有机⽓凝胶，随着研究的深⼊还出现了间规聚苯⼄烯(sPS)、聚间苯⼆胺(PmPD)、聚偏⼆氟⼄烯(PVDF)、聚酰胺(PA)、聚吡咯(pPy)等其他聚合物基⽓凝胶的研究报道。
9.⽯墨烯⽓凝胶
⽯墨烯⽓凝胶(GA)⼜称⽯墨烯泡沫、⽯墨烯海绵或者⽯墨烯宏观结构体。除了具有C⽓凝胶的⼀系列优异特性外，GA还因构筑单元优异的理化性能⽽具备⼤孔结构和超弹性等独特性能，进⽽成为当下研究的热点。
10.量⼦点⽓凝胶
将量⼦点(QDs)引⼊⽓凝胶，能够得到既具备QDs良好光学、催化性能，同时具备⽓凝胶吸附、传感、隔热保温等特性的量⼦点⽓凝胶。量⼦点⽓凝胶作为⼀种新兴技术材料，其优异的性能将迅速成为研究热点。下⾯将从催化、传感、电池、⽣物成像以及荧光等应⽤领域分别介绍量⼦点⽓凝胶的研究现状。
11.⽣物质基有机及C⽓凝胶
继氧化物、碳化物、氮化物等⽆机⽓凝胶和聚合物基传统有机⽓凝胶的研究之后，⽣物质基有机⽓凝胶凭借原料的分布⼴泛和获取⽅式简易等优势⽽受到极⼤的关注。同时，⽣物质基原料往往绿⾊⽆毒，普遍具有⽣物相容性、⽣物可降解性等特点，这极符合当前绿⾊化学理念。
⽓凝胶材料⽬前存在问题及发展⽅向
1.形成机制有待进⼀步研究。
虽然碳化物、氮化物、量⼦点、⽣物质基有机及碳⽓凝胶等新型⽓凝胶材料已经得以成功制备，但是此类⽓凝胶材料合成机制研究尚不够深⼊，同时⽓凝胶⽹络结构⽣长机制、表⾯组成及化学结构调控和⾼温结构稳定性调控等需要进⼀步研究，后期需要将⽬光集中在量⼦化学及分⼦动⼒学计算和实验研究相结合上，实现从分⼦、原⼦层⾯对⽓凝胶材料的形成机制进⾏深⼊研究和对⽓凝胶材料的性能进⼀步优化调控。
2.功能型⽓凝胶材料的研究有待继续深⼊。
纸碗
⽓凝胶在电极材料、半导体材料、磁性材料等⽅⾯的应⽤研究还不够完善，有关结构和性能关系的研究尚不深⼊，需要进⼀步研究其内在机制，揭⽰性能和结构之间的关联，同时⾼性能、多功能型⽓凝
胶材料还有待对⽓凝胶材料的性能进⼀步开发。
3.规模化⽣产问题还未解决。
在⼯业⽣产⽅⾯，⽓凝胶因成本较⾼、施⼯不易限制了其规模化应⽤，需要采⽤成本更加低廉的前驱体，结合成本更低的⼲燥⼿段，使⽣产⼯艺得到完善，进⼀步降低⽓凝胶材料的成本，推动⽓凝胶的⼯业化⽣产。只有这样，⽓凝胶材料才有望在今后成为推动社会发展变⾰的超级材料，为⼈类的⽣活带来真正意义上的⾰新。
参考资料：
[1]吴晓栋，宋梓豪，王伟，崔艺，黄舜天，严⽂倩，马悦程，赵⼀帆，黄龙⾦，李博雅，林本兰，崔升，沈晓冬. ⽓凝胶材料的研究进展[J].南京⼯业⼤学学报(⾃然科学版), 2020, 42(04): 405-451.
南京⼯业⼤学学报(⾃然科学版), 2020, 42(04): 405-451.
[2]郎咸华. ⽓凝胶复合材料的制备以及性能研究[D].青岛科技⼤学,2018.
为了更好的了解⽓凝胶材料，“ 2021绿⾊复合材料论坛”特诚邀中科院苏州纳⽶所张学同研究员莅临本次⼤会，分享《⽓凝胶相变材料主客体复合：设计、制备及应⽤》主题报告。
欧姆接触本报告将重点介绍其在⽓凝胶相变材料主客体复合⽅⾯的最新进展，内容涉及主客体复合材料的设计、制备及应⽤等。
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