什么是SiO2气凝胶？SiO2气凝胶的发展历程

SiO2气凝胶（silica aerogel）是一种呈多孔网状结构的无定形纳米级凝胶，外观呈固体状，内部充满空气介质，组成中90%以上是气体，又被称为“固态烟”​“冻住的烟”或“蓝烟”​。 SiO2气凝胶是目前世界上最轻的固体，密度最低达0.003g/cm3，常温下热导率最低为0.013W/（m·K）​、高温（800℃）下热导率为0.043W/（m·K）​，光透过率最高可达87%。

SiO2气凝胶最早是在1931年由美国太平洋大学Kistler研制出来的，是以硅酸钠为原料采用醇的超临界干燥法工艺流程。但由于此工艺要求比较复杂，耗时很长，限制了SiO2气凝胶的推广和应用。1968年法国里昂大学Teichner以正硅酸甲酯（TMOS）与甲醇为原料直接制备醇凝胶，采用超临界干燥得到了SiO2气凝胶，操作简便，且大大缩短了制备时间，但制作成本较高，且正硅酸甲酯毒性很大。1983年美国Berkeley实验室用比较安全的正硅酸乙酯（TEOS）代替有很大毒性的正硅酸甲酯，制备出相同性能的SiO2气凝胶产品。1992年美国新墨西哥大学的Deshpande、Smith等人采用表面改性有机硅源的方法，在常压干燥的条件下，成功制备了SiO2气凝胶，降低了气凝胶的制备难度和条件。1998年德国维尔茨堡大学的Schwertfeger、Frank等人采用硅酸钠在常压下成功制备了SiO2气凝胶，且制备工艺简便。20世纪末至21世纪初，国内外的学者广泛致力于研究SiO2气凝胶的制备工艺及其应用，掀起了SiO2气凝胶的研究热潮。国外主要集中在德国的维尔茨堡大学、BASF公司，美国的劳伦兹·利物莫尔国家实验室、桑迪亚国家实验室，法国的蒙彼利埃材料研究中心，日本高能物理国家实验室等。国内主要集中在同济大学波尔固体物理实验室、国防科技大学、清华大学、浙江大学、哈尔滨工业大学、纳诺科技有限公司及广东埃力生高新科技有限公司等。

随着对SiO2气凝胶的深入研究，SiO2气凝胶的制备原材料种类越来越多，制备工艺不断改进和完善，成本逐渐降低，SiO2气凝胶的推广和应用已经由最初的航空航天等高端领域逐渐转向民用领域，应用范围不断扩大。尤其近年来在建筑保温隔热领域的研究应用越来越多，如SiO2气凝胶粉体或颗粒与玻璃纤维毡、岩棉毡、硅酸铝纤维毡等材料复合制成SiO2气凝胶保温毡，SiO2气凝胶保温涂料，SiO2气凝胶镀膜玻璃和夹层填充气凝胶玻璃等。逐渐应用到建筑外墙保温、窗户保温隔热、内墙保温、屋面保温隔热、其他围护结构（楼地面、各种管道等）保温隔热。