气凝胶有什么特点 气凝胶的种类有哪些

一、气凝胶的特点

气凝胶是一种孔隙率极高的材料，可达99.8%，这赋予了它独特的物理特性。其孔洞尺寸通常在纳米级别，大约为20～100nm，而三维纳米骨架颗粒则更小，约为2～5nm。这些特性使得气凝胶具有巨大的比表面积，可高达1000m2/g。由于其极低的密度，气凝胶可低至0.003g/cm3。这些出色的特性，尤其是其极低的热导率，在常温下可低至0.013W/（m·K），使得气凝胶成为一种潜在的革命性材料。

尽管气凝胶的强度较低且脆性较大，但其低密度和高比表面积使其在多个领域具有广泛的应用前景，包括热学、光学、声学、微电子、催化、航空航天、节能建筑等。

二、气凝胶的种类

气凝胶可以分为无机气凝胶、有机气凝胶、混合气凝胶和复合气凝胶。常见的气凝胶类型包括硅气凝胶、碳气凝胶和二氧化硅气凝胶。近年来，氧化石墨烯气凝胶、富勒烯气凝胶和纤维/二氧化硅气凝胶等新型气凝胶也受到了研究关注。

目前市场上较为常见的气凝胶材料主要包括氧化物气凝胶、炭气凝胶和碳化物气凝胶。

1、氧化物气凝胶

氧化物气凝胶，特别是二氧化硅气凝胶，在高温区（＞1000℃）容易发生晶型转变及颗粒烧结，耐温性相对较差。然而，在中高温区（＜1000℃），它们具有较低的热导率。二氧化硅气凝胶的孔隙率高达80%~99.8%，孔洞尺寸为1~100nm，比表面积为200~1000m2/g，密度可低达3kg/m3，室温热导率可低达12mW/（m·K）。二氧化硅气凝胶通常与红外遮光剂和增强体复合，以提高其隔热和力学性能，主要应用于航空航天、军事、电子、建筑、家电和工业管道等领域。

2、炭气凝胶

炭气凝胶在惰性及真空氛围下具有高达2000℃的耐温性，石墨化后耐温性能可达到3000℃。炭气凝胶中的炭纳米颗粒对红外辐射有极好的吸收性能，从而产生类似于红外遮光剂的效果，使得其高温热导率较低。然而，在有氧条件下，炭气凝胶在350℃以上会发生氧化，限制了其在高温隔热领域的应用。通过在炭气凝胶表面涂覆致密的抗氧化性涂层，可以提高其应用前景。

3、碳化物气凝胶

碳化物气凝胶具备极好的抗氧化性能，但其本身热导率较高。将这些材料制成三维立体网络状结构的气凝胶，可以显著降低材料的热导率，进一步提高其隔热性能。尽管碳化物气凝胶的研究较少，但对于其作为高效隔热材料的应用潜力，研究者们正进行积极探索。