有能力改变整个世界的超级材料：二氧化硅气凝胶

流星点点

有能力改变整个世界的超级材料：二氧化硅气凝胶

气凝胶看上去似乎是一种不真实的材料。尽管看上去空虚飘渺，但它却能轻松承受一盏喷灯的热量，或是一辆汽车的重量。如名所示，这是一种液体被空气完全替换的胶体，这也就是为什么它看上去就像是一团烟。气凝胶可由任意数量的物质所制成，包括二氧化硅、金属氧化物和石墨烯。由于空气占了绝大部分比重，气凝胶还是一种绝佳的绝缘体。它的结构也赋予其超高的强韧性。

气凝胶

不过气凝胶也有一个致命的缺陷：脆性，特别是原材料为二氧化硅时。但NASA的科学家已经在实验一种由聚合物所制成的柔性气凝胶，作为太空飞船在穿过大气层时的绝缘材料。将其他化合物加入到二氧化硅气凝胶可增强其柔韧性，再加上本身的轻巧、强韧和绝缘性，这将会使其成为一种不可思议的材料。

二氧化硅气凝胶是一种防热隔热性能非常优秀的轻质纳米多孔非晶固体材料，其孔隙率高达80-99.8％，孔洞的典型尺寸为1-100nm，比表面积为200-1000m2/g，而密度可低达3kg/m3，室温导热系数可低达0.012W/（m.k）。正是由于这些特点使气凝胶材料在热学、声学、光学、微电子、粒子探测方面有很广阔的应用潜力。

二氧化硅气凝胶的五大特性

1、隔热性

二氧化硅气凝胶材料具有极低的导热系数，可达到0.013-0.016W/（m.K），低于静态空气（0.024W/（m.K））的热导系数，比相应的无机绝缘材料低2-3个数量级、即使在800℃的高温下其导热系数才为0.043W/（m.K）。高温下不分解，无有害气体放出，属于绿色环保型材料。SiO2硅气凝胶与各种耐热纤维复合后，可制成各种形式的保温材料。可广泛用于工业、建筑、管道、汽车、航天等领域。

2、隔音性

由于硅气凝胶的低声速特性，它还是一种理想的声学延迟或高温隔音材料。该材料的声阻抗可变范围较大（103-107kg/m2.s），是一种较理想的超声探测器的声阻耦合材料。 初步实验结果表明，密度在300kg/m3左右的硅气凝胶作为耦合材料，能使声强提高30dB，如果采用具有密度梯度的硅气凝胶，可望得到更高的声强增益。

3、非线性光学性质

由于硅气凝胶的纳米网络内形成量子点结构，化学气相渗透法掺Si及溶液法掺C60的结果表明，掺杂剂是以纳米晶粒的形式存在，并观察到很强的可见光发射，为多孔硅的量子限制效应发光提供了有力证据。利用硅气凝胶的结构以及C60的非线性光学效应，可进一步研制新型激光防护镜。

4、过滤与催化性质

纳米结构的气凝胶还可作为新型气体过滤，与其它材料不同的是该材料孔洞大小分布均匀，气孔率高，是一种高效气体过滤材料。由于该材料特别大的比表而积。气凝胶在作为新型催化剂或催化剂的载体方而亦有广阔的应用前景

5、 折射率可调性硅气凝胶的折射率接近l，而且对红外和可见光的湮灭系数之比达100以上，能有效地透过太阳光中的可见光部分，并阻隔其中的红外光部分，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。