二氧化硅气凝胶涂层专利

你知道世界上最轻的固体是什么吗？一张纸，一根羽毛还是一粒米？都不是，而是一种叫做气凝胶的材料，它比空气轻，看起来像一团冻结的烟雾。说到这里，人们不禁好奇，气凝胶是什么？为什么它是世界上最轻的固体？

首先，我们需要知道凝胶是什么。凝胶是一种高浓度的弹性半固态液体，在聚合物的作用下失去流动性后成为凝胶。生活中最常见的凝胶是果冻，它具有精致的三维网络结构，含有99%以上的水分。1931年，美国科学家受果冻启发，通过极端干燥工艺将液体从硅胶中去除，代之以砖石，并填充其网格缝隙，从而形成二氧化硅气凝胶。它的成分和玻璃一样，都是二氧化硅，但二氧化硅的含量不到1%，其余99.8%都是空气。是目前世界上已知的密度最小的材料之一。经过90多年的发展，气凝胶有各种类型，如硅系列、碳系列和金属系列。

其实只要凝胶干燥后能保持原来的形状，就可以称之为气凝胶。虽然看起来很脆弱，但其实非常结实耐用，可以承受自身质量几千倍的压力。例如，一块两克的气凝胶可以支撑2.5公斤的砖块。此外，其纳米级网格结构具有很强的空气绝缘能力，比最好的玻璃纤维强39倍。

这就是气凝胶成为优良防寒材料的原因。三纳米厚的气凝胶防寒服可以抵御零下196摄氏度的冷空气的光袭击，而且由于主要成分是空气，气凝胶的导热系数和折射率都很低，熔点高达1400摄氏度。有人做过这样的实验。在气凝胶片上放一片花瓣，用枪烘烤气凝胶。可以清楚的看到花瓣在慢慢枯萎，但是面向火焰的气凝胶没有变化。这一特性也使得气凝胶成为太空探索中不可或缺的材料。其隔热性能可以最大限度地减少航天器与大气层摩擦产生的热量，从而更好地保护航天器，延长其使用寿命。

目前，气凝胶已被用于中国的许多空间探测器，如“祝融”号火星车和火星探测器“田文一号”。在这项技术上，我们从一开始被限制到自主创新，再到自力更生，中国科学家让我们看到了中国的速度。2013年，浙江大学高分子科学系高朝教授研究组研制出一种密度为0.16mg/cm3的超轻气凝胶碳海绵，约为空气密度的1/7，创下世界最轻材料新纪录。