有一种材料，它托在手上的感觉比羽毛还轻，它像冻住的“雾”，像吹不散的“烟”，像固定的“空气”，它能透光、隔热、隔音、不导电，它就是世界上密度最轻的固体材料。没错，这就是气凝胶，一种神奇的新材料。
气凝胶材料
尽管名字很特别，但气凝胶其实是一种坚固、干燥的固体多孔材料，类似于一块超轻的海绵，非常坚韧，具有令人印象深刻的承载能力，一片质量为2克的气凝胶即可支撑起一块2.5千克的砖头。
气凝胶的发现历史非常有趣，纯粹出于科学家的好奇与创造。1931年，美国化学家Samuel Stephens Kistler和Charles Learned打赌，“看看是否能够把果冻状的液体凝胶中的液体换成气体而不造成明显的体积收缩”。打赌的结果是Samuel赢了，他将凝胶中的液体替换成加热后以气体形式缓慢从凝胶内部“逃离”的溶剂，保留了凝胶固体结构从而获得了超轻、多孔的气凝胶。这个重大的科学发现大大地丰富了已有的固体材料体系。此后，氧化铝、氧化硅、氧化锡、氧化钨、明胶、琼脂、纤维素、卵蛋白等各种各样的气凝胶陆续被制备出来。
气凝胶非常的蓬松结构几乎使得固体传热和对流传热失去了作用，所以具有很低的热导率（约5 mW/m·K），仅是空气的五分之一、玻璃的二十分之一。同时，非金属类和非碳基的气凝胶也是良好的电绝缘体，因为它们的内部99%以上都是由空气组成的，是非常差的导电体。不过，气凝胶通常来说并不能阻挡热辐射，因为红外辐射可以较容易地穿过气凝胶来传热。另外，气凝胶的另一个特点是极强的吸湿性，高孔隙率和表面积使得它们能够吸收大量的水分或其它液体，因此可以充当强干燥剂，或者用于各种环境过滤应用。还可以通过化学处理使他们具有疏水性，用于吸附和除去在海面上泄露的石油污染，吸油量是自身重量的几百倍。
不同组成的气凝胶具有不同的性质和功能，氧化铝气凝胶可以做催化剂，硫化物或硒化物量子点制成的气凝胶可以做半导体或显示屏，金属气凝胶可以导电，琼脂、纤维素气凝胶很柔韧，一些改性气凝胶具高强度或保温性能。而碳元素组成的气凝胶更加独特，例如石墨烯气凝胶是目前吉尼斯记录中最轻的固体材料，把它放在蒲公英花朵上，柔软的绒毛几乎不会变形；碳气凝胶具有极强的吸光性，在红外光谱中非常“黑”，光线反射率仅为0.3％。
随着对气凝胶不断深入的研究，对其制备工艺和性质的了解也越来越多，使得这一类新材料的大规模制造和应用成为了可能。人们最先想到的应用实在化学工业及环境保护方面，利用气凝胶极大的比表面积和孔隙率来用于催化剂载体、气体过滤，或者利用这种“超级海绵”来吸附水中的各种无污染物（比如油污和重金属污染物汞、铅和镉等）。由于多孔结构和良好的生物相容性，也可以作为药物输送系统，通过改变气凝胶的性质来调整药物的释放速率。
在航天探测和高能物理方面，气凝胶有多种用途，在俄罗斯“和平”号空间站和美国“火星探路者”的探测器上都用到了到这种材料。美国国家宇航局的“星尘”号飞船甚至利用它在太空中收集彗星微粒。彗星尘埃的体积比沙粒还要小，但是速度却相当于步枪子弹的6倍，当它以如此高速撞击其它物质时，自身的组成都就可能发生改变甚至被完全蒸发。而气凝胶就像一个极其柔软的棒球手套，可以轻轻地消减彗星尘埃的速度，在滑行一段相当于自身长度200倍的距离后慢慢停下来，并留下一段尖锥状的的轨迹，科学家可以按照轨迹轻松地找到这些彗星微粒。气凝胶也被用在粒子物理实验中，贝尔实验室的高能加速器研究机构用它来作为切连科夫效应的高能粒子探测器，主要利用高速粒子穿过气凝胶材料时会逐步减速实现“软着陆”而被捕获，然后用显微镜观察被阻挡的粒子即可确定高能粒子的质量和能量。在我国“863”计划的高强度激光研究方面，也利用超低密度的气凝胶多孔靶材料，实现等离子体三维绝热膨胀的快速冷却。
气凝胶最有前景的大规模应用领域是隔热、保温和节能。硅气凝胶纤细的纳米网络结构有效地限制了热传导，是目前热导率最低的固态材料，而且可阻止环境温度的红外热辐射，成为一种理想的透明隔热材料，在太阳能利用和建筑物节能方面已经得到应用，可望替代聚氨脂泡沫成为新型冰箱隔热材料，或者作为军品配套新材料。据报道，美国宇航局将气凝胶用于火星车和宇航服的隔热部件。只要在宇航服中加入一个18毫米厚的气凝胶层，就能帮助宇航员扛住1300℃的高温和零下130℃的超低温。雪佛兰公司和多家体育用品公司将气凝胶用于汽车挡板、保温瓶、睡袋等产品的保温隔层。
通过结合气凝胶和高分子纤维，可以将气凝胶转变为耐用，柔韧的复合材料，提高产品的机械和耐压性能。例如，美国Dunlop体育器材公司研发了含有气凝胶的网球拍，击球效果极佳；美国军方在两片金属挡板之间加上一层气凝胶夹层进行防爆破测试，炸药直接炸中也能够很好地防冲击和抗震。气凝胶在光、声、电等领域也得到了应用，硅气凝胶掺杂改性后可研制成荧光检测器、光导传感器、成像装置或新型激光防护镜，硅气凝胶也是一种良好的声学延迟或高温隔音材料，可用于传感器、扬声器和测距仪。
目前，气凝胶材料占据了绝热材料、防护材料等相关市场金字塔模型的塔尖部分，在整个工业和材料市场中的规模几乎是微不足道。这一方面说明气凝胶产业仍然处于早期起步阶段，同时又预示着其未来巨大的发展空间。尤其是随着节能环保产业的快速发展，气凝胶材料将在工业和设备领域的发展空间将不可估量。
