氣凝膠是世界上密度最低的固體物質。密度為3kg/ m3。常見的氣凝膠是矽氣凝膠，由美國科學家Kistler於1931年首次制成。氣凝膠有很多種，包括矽、碳、硫、金屬氧化物、金屬等。氣凝膠是組合詞，其中aero是形容詞，表示飛行，gel顯然是凝膠。字面意思是能飛的凝膠。任何物質的凝膠只要能幹燥除去內部溶劑，形狀能保持基本不變，產品孔隙率高，密度低，就可以稱為氣凝膠。
由於密度極低，目前最輕的二氧化矽氣凝膠每立方厘米只有0.16 mg，略低於空氣的密度，因此也被稱為“凍煙”或“藍煙”。因為裏面的顆粒非常小(納米級)，可見光穿過它的時候散射(瑞利散射)比較少，就像太陽光穿過空氣壹樣。所以看起來就像天空壹樣藍(如果沒有摻雜其他東西的話)，光看就有點紅。天空是藍色的，而傍晚的天空是紅色的。因為氣凝膠80%以上是空氣，所以隔熱效果非常好。壹英寸厚的氣凝膠相當於20到30塊普通玻璃。即使氣凝膠被放在玫瑰和火焰之間，玫瑰也會保持完整。氣凝膠也被用於太空探索，如俄羅斯的“和平”號空間站和美國的火星探路者號。氣凝膠還被用作粒子物理實驗中切倫科夫效應的探測器。位於高能加速器研究機構B介子工廠的Belle實驗探測器中的壹個名為氣凝膠Cherenkov Counter，ACC)的粒子鑒別器就是最新的應用實例。這種探測器利用了液體和氣體之間的低折射率，以及它的高透射率和固態，優於傳統的使用低溫液體或高壓空氣的方法。同時，它的輕量化也是優點之壹。
特點
氣凝膠作為世界上最輕的固體，已經入選吉尼斯世界紀錄。這種新材料的密度僅為每立方米3.55千克，僅為空氣的2.75倍。幹松木(每立方米500公斤)的密度是它的140倍。這種物質看起來像凝固的煙霧，但其成分與玻璃相似。由於密度極低，非常適合航天。
美國國家航空航天局噴氣推進實驗室，瓊斯博士在那裏開發了壹種新型氣凝膠，主要由純二氧化矽組成。在制造過程中，首先將液態矽化合物與能夠快速蒸發的液體溶劑混合形成凝膠，然後將凝膠在類似高壓鍋的儀器中幹燥，加熱並減壓，形成多孔海綿狀結構。瓊斯博士最終得到的氣凝膠中空氣的比例是99.8%。
氣凝膠因其半透明的顏色和超輕的重量，有時被稱為“固體煙”或“冷凍煙”。這種新材料看起來很脆弱，但實際上非常耐用，可以承受1400攝氏度的最高溫度。氣凝膠的這些特性在太空探索中有許多用途。氣凝膠材料被用於俄羅斯的“和平”號空間站和美國的火星探路者號。
美國國家航空航天局開發的壹種新型氣凝膠，密度僅為每立方厘米3毫克，已被正式選為吉尼斯世界紀錄中“世界上密度最低的固體”。
這種氣凝膠呈半透明淡藍色，重量極輕，所以人們也稱之為“固體煙霧”。這種新型氣凝膠是由美國國家航空航天局噴氣推進實驗室的材料科學家史蒂文·瓊斯博士開發的。它的主要成分是類似玻璃的二氧化矽，但因為是99.8%的空氣，所以密度只有玻璃的千分之壹。
氣凝膠看似“脆弱”，其實非常耐用。它能承受自身質量的幾千倍，在溫度達到1200攝氏度之前不會融化。此外，它的導熱系數和折射率也很低，其絕緣能力比最好的玻璃纖維強39倍。由於這些特性，氣凝膠成為了太空探索中不可替代的材料，在俄羅斯的“和平”號空間站和美國的“火星探路者”號探測器中被用於隔熱。
氣凝膠在太空中的應用遠不止這些。美國國家航空航天局的星塵號宇宙飛船正在太空中執行壹項非常重要的任務——收集彗星顆粒。科學家認為彗星顆粒中含有太陽系中最原始、最古老的物質，研究它可以幫助人們更清楚地了解太陽和行星的歷史。2006年，星塵號宇宙飛船將帶著人類獲得的第壹批星塵彗星樣本返回地球。
然而，收集彗星塵埃並不容易，它的速度是步槍子彈的6倍。雖然比沙子小，但當它以如此高的速度接觸其他物質時，其物理和化學成分可能會發生變化，甚至被完全蒸發。現在科學家有了氣凝膠，問題就變得很簡單了。它就像壹只極其柔軟的棒球手套，可以溫柔地降低“星塵”彗星的速度，讓它在滑行了相當於自身長度200倍的距離後慢慢停下來。進入“氣凝膠手套”後，星塵會留下胡蘿蔔形狀的軌跡。因為氣凝膠幾乎是透明的，所以科學家可以很容易地根據軌跡找到這些顆粒。
使用
1，在研究分形結構。作為壹種結構可控的納米多孔材料，矽氣凝膠的表觀密度明顯取決於尺度大小。在壹定尺度範圍內，其密度趨於尺度不變，即密度隨尺度增大而減小，具有自相似結構。氣凝膠的結構分形結構動力學研究還表明，在不同尺度範圍內存在三個色散關系明顯不同的激發區域，分別對應於聲子、分形和粒子模的激發。通過改變氣凝膠的制備條件，可以在兩個數量級內改變相關長度。因此，二氧化矽氣凝膠成為研究分形結構及其動力學行為的最佳材料。
2.在“863”高科技強激光的研究中。納米多孔材料具有重要的應用價值。例如，使用具有較低臨界密度的多孔靶材料有望改善電子碰撞激發產生的X射線激光的光束質量，並節省驅動能量。采用微球節點結構的新型多孔靶，可以快速冷卻等離子體的三維絕熱膨脹，提高電子復合機制產生的X射線激光的增益系數。利用超低密度材料吸附核燃料，可以形成激光慣性約束聚變的高增益冷凍靶。氣凝膠具有精細的納米多孔網絡結構、巨大的比表面積和可控的介觀結構，是開發新型低密度靶的最佳候選材料。
3.作為隔熱材料。矽氣凝膠精細的納米網絡結構有效限制了局域熱激發的傳播，其固體熱導率比相應的玻璃態材料低2-3個數量級。納米孔抑制氣體分子對熱傳導的貢獻。矽氣凝膠的折射率接近L，紅外與可見光的消光系數之比在100以上，在常溫下能有效透射太陽光，防止紅外熱輻射。矽氣凝膠作為壹種理想的透明隔熱材料，已被應用於太陽能利用和建築節能領域。通過摻雜，可以進壹步降低矽氣凝膠的輻射熱傳導。摻雜碳氣凝膠的熱導率在常溫常壓下可低至0.01.3w/m·k。是目前導熱系數最低的固體材料，有望取代聚氨酯泡沫成為新型冰箱保溫材料。摻雜二氧化鈦可以使矽氣凝膠成為壹種新型的高溫隔熱材料，其800K時的熱導率僅為0.03 W/m·k，將進壹步發展成為軍品的新型支撐材料。
4.矽氣凝膠由於其低聲速，是壹種理想的聲延遲或高溫隔音材料。這種材料的聲阻抗可以有很大的變化範圍(103-107kg/m2·s)，是超聲探測器理想的聲阻抗耦合材料。如聲阻抗匝數ZP = 1.5×l07 kg/m2·s的壓電陶瓷常用作超聲波發生器和探測器，而空氣的聲阻抗只有400 kg。使用厚度為1/4波長的矽氣凝膠作為壓電陶瓷與空氣之間的聲阻耦合材料，可以提高聲波的傳輸效率，降低器件應用中的信噪比。初步實驗結果表明，采用密度約為300 kg/m3的二氧化矽氣凝膠作為耦合材料，聲強可提高30 dB。如果使用具有密度梯度的二氧化矽氣凝膠，可以預期更高的聲強增益。
5.在環保和化學工業方面。納米結構氣凝膠也可以用作壹種新型的氣體過濾材料。與其他材料不同，這種材料孔徑分布均勻，孔隙率高，是壹種高效的氣體過濾材料。氣凝膠具有極大的比表面積，作為新型催化劑或催化劑載體具有廣闊的應用前景。
6、在儲能裝置中。碳氣凝膠是壹種導電多孔材料，將有機氣凝膠經過燒結處理後得到。它是繼纖維狀活性炭之後發展起來的壹種新型炭材料。比表面積大(600-1000m2/kg)，電導率高(10-25s/cm)。而且密度變化範圍很大(0.05-1.0g/cm3)。如果在其微孔中填充適當的電解液，可以制成壹種新型的可充電電池，它具有儲存容量大、內阻小、重量輕、充放電能力強、可重復使用等優良特性。初步實驗結果表明，碳氣凝膠的充電容量為3×104/kg2。
7.在材料的量子尺寸效應研究中。由於矽氣凝膠納米網絡中量子點結構的形成，化學氣相滲透摻雜Si和溶液法摻雜C60的結果表明，摻雜劑以納米顆粒的形式存在，並觀察到強烈的可見光發射，為多孔矽的量子限域效應發光提供了有力的證據。利用二氧化矽氣凝膠的結構和C60的非線性光學效應，可以進壹步開發出壹種新型的激光防護鏡。摻雜也是形成納米復合材料的有效手段。
8.此外，矽氣凝膠是折射率可調的材料。利用不同密度的氣凝膠作為切倫科夫閾值探測器，可以確定高能粒子的質量和能量。由於高速粒子容易穿透多孔材料，逐漸減速，實現了“軟著陸”。如果選擇透明氣凝膠來捕獲太空中的高速粒子，那麽被阻擋和捕獲的粒子可以用肉眼或顯微鏡觀察到。
9.作為壹種新型的納米多孔材料，除了矽氣凝膠之外，還開發了其他單元、二元或多元氧化物氣凝膠、有機氣凝膠和碳氣凝膠。作為壹種獨特的材料制備方法，相關技術已廣泛應用於其他新材料的開發，如具有極高孔隙率的多孔矽、用於制備高性能催化劑的金屬-氣凝膠混合材料、高溫超導材料、超細陶瓷粉體等。
研究單位
2013年，氣凝膠材料的國際研究工作主要集中在德國維爾茨堡大學、巴斯夫公司、美國洛倫茨·利弗莫爾國家實驗室、桑迪亞國家實驗室、法國蒙彼利埃材料研究中心、日本高能物理國家實驗室。中國主要集中在同濟大學玻爾固體物理實驗室、國防科技大學、清華大學、浙江大學、納米科技有限公司、廣東愛力生高科技有限公司。
其他用途
1，制作火星探索宇航服
2002年，美國國家航空航天局成立了壹家公司，生產更強、更有彈性的氣凝膠。2013年，美國國家航空航天局已經證實宇航員在2018年探索火星時，將會穿上由新型氣凝膠制成的宇航服。該公司高級科學家馬克·克拉傑斯基(Mark Krajewski)表示，只要在宇航服中加入壹層厚度為18毫米的氣凝膠層，就可以幫助宇航員抵禦1.300℃的高溫和-1.30℃的超低溫。"這是我見過的最有效的恒溫材料."馬克說。
2.防彈不怕被炸
防彈是新型氣凝膠的第二個重要用途。美國國家航空航天局公司正在測試用氣凝膠建造的房屋和軍用車輛。根據實驗室測試，如果在金屬片上加壹層厚度約為6 mm的氣凝膠，即使炸藥直接吹爆，也不會傷及金屬片。
3、能應對生態災難
環保是新型氣凝膠的第三個重要功能。科學家們親切地稱氣凝膠為“超級海綿”，因為它的表面有數百萬個小孔，所以它是吸收水中汙染物的理想材料。美國科學家新發明的氣凝膠實際上可以吸出水中的鉛和汞。根據這位科學家的說法，這種氣凝膠是應對生態災難的絕佳材料。比如1996“海快”油輪沈沒後泄漏的72000噸原油。如果當時使用了這種材料，就不會對整個海岸造成嚴重汙染。
4.網球拍擊球能力更強。
未來新型氣凝膠也將進入我們的日常生活。比如美國鄧祿普運動器材公司就成功研發了含有氣凝膠的網球拍。這種網球拍據說擊球能力更強；2012年初，66歲的鮑勃·斯托克成為第壹個將氣凝膠用於住宅的英國人:“保溫和加熱的效果非常好。我把空調溫度降低了5℃，室內溫度還是很舒服的。”登山者也對氣凝膠的使用充滿希望。英國登山家安妮·帕爾默(Anne Palmer)在2011攀登珠穆朗瑪峰時，在鞋子裏使用了壹些氣凝膠材料，他的睡袋裏就有壹層這種新材料。