如果您从事的是建材领域，您也许会听说过气凝胶，这个家伙还有个外号叫做“超级保温材料”，那么它的这个绰号是从何而来？其能够保温的原理又是怎么样的呢？今天这篇文章，笔者就来给大家简单说说。

       气凝胶的意思就是凝胶脱去了大部分溶剂，使凝胶中液体含量比固体含量少得多。或凝胶的空间网状结构中充满的介质是气体，外表呈固体状，所以气凝胶也被称为干凝胶。

       气凝胶是一种固体物质形态，是世界上密度最小的固体。其特点在于透明（从下图便能略知一二）、密度低、高孔隙率、很大的比表面积、极低的热导率。总结起来就是 超轻、超强、超级绝热，故其用途非常广泛，在催化、保温隔热等领域更是尤为青睐。

       一个数据我们就能看出气凝胶的绝热性能有多好：气凝胶的室温导热系数可低至0.013w/(m·k)，堪称是最顶级的绝热材料。

       为了更直观体现其绝热性能，下图所示为几种常见保温材料的导热系数，系数越低隔热效果越好。大家可以看到，除了真空绝热板之外，气凝胶的导热系数是最低的。

       而至于它的历史，那也有段年头。在1931年，美国一个叫做Kistler（吉斯特勒）的人通过水解水玻璃的方式，首次制备得到了气凝胶。1993年，气凝胶被应用于宇航服、太空飞船、航天飞机等领域。2006年4月，世界上最大的二氧化硅气凝胶生产基地建成。2012年建设的第二个工厂，则是首个生产基地产能的10倍。

       而在我国，工信部于2019年12月发布的《重点新材料首批次应用示范指导目录（2019年版）》中，明确支持气凝胶材料在航天军工、石油化工、节能环保、新能源、微电子等领域的发展。2021年气凝胶材料国内市场需求总量为11.88万立方米，气凝胶制品消费量为17.89万吨，气凝胶的需求量和消费量均处于稳步增长的态势。

       那么，气凝胶为什么有这么好的隔热性能呢？这是可以用精密的计算公式得出结论的。

       气凝胶复合材料的传热量计算公式为：Q=Qg+Qc+Qs+Qr （Qg指的是气体分子导热量，Qc指的是气体对流换热量，Qs指的是固体骨架导热量，Qr指的是气体辐射换热量）

       对应的热导率计算公式则为：k=kg+kc+ks+kr （kg指的是气体分子热导率，kc指的是气体对流热导率，ks指的是固相热导率，kr指的是气体辐射热导率）

       我们知道，根据分子运动及碰撞理论，气体热量传递主要通过高温侧的高速度分子与低温侧的低速度分子碰撞。而气凝胶复合材料中的气体流动属于过渡区或者自由分子区，会严重限制分子的自由移动，使气体分子与孔壁发生弹性碰撞，kg（气体分子热导率）趋近于0。

       热量传递和气体对流密不可分。气体对流是孔隙内流体的宏观运动，引起各部分之间产生相对位移，导致冷热流体掺混，从而发生热量传递。气凝胶的纳米级孔隙尺寸会使空气分子被限制在其自由行程内，气流依附在气孔壁上，无法形成有效对流，其kc（气体对流热导率）值也是趋近于0，基本上可以忽略内部孔隙的对流。

       固相导热是固体分子在平衡位置的晶格振动的结果。一方面，气凝胶复合材料极低的密度使得ks（固相热导率）也较低；另一方面，其内部复杂三维连通的网络纳米孔结构，延长了热量经由固体传输的传热路径，使其内部会有“无穷长路径效应”也进一步减弱了固体骨架之间的热传导。

       气体热辐射不需要介质，它通过产生电磁波来传递能量，而外部辐射热，穿过多孔材料时，会被多孔材料固体骨架吸收、反射或者折射。从气凝胶材料的电镜扫描图中可以看到它会有纳米气孔，这些数量趋于无穷多的气孔壁构成了很多反射界面，它们就是一个个遮热板，使得在常温下kr（气体辐射热导率）也很低。

       气体热辐射不需要介质，它通过产生电磁波来传递能量，而外部辐射热，穿过多孔材料时，会被多孔材料固体骨架吸收、反射或者折射。从气凝胶材料的电镜扫描图中可以看到它会有纳米气孔，这些数量趋于无穷多的气孔壁构成了很多反射界面，它们就是一个个遮热板，使得在常温下kr（气体辐射热导率）也很低。

       由上文可知，公式当中的四个指标数值均很低或趋近于0，所以整体的传热量也是很低的。这就证明了其良好的隔热性能。而以气凝胶为主要成分的气凝胶隔热涂料，则成为了优良的隔热保温材料。

       搭配底漆和面漆使用组成的气凝胶绝热涂层，采用特殊工艺，将气凝胶粉体分散在专用高性能树脂乳液中制成，具有隔热降噪、阻燃、防水等功能。可应用于建筑外立面、仓顶、内墙等节能改造，大面积施工也可采用 喷涂施工，施工工艺简单。

       气凝胶绝热涂层具有轻量化、隔热保温、阻燃、安全环保、装饰性耐候性自洁性佳、寿命长等特点和优势。下图为气凝胶绝热涂层的截面图：

       大家都知道，粮仓的防水非常重要，一旦出现漏水现象损失是很严重的。气凝胶材料，就是这样一款仓顶防水改造的有力武器。

       在隔热方面，传统的无机隔热材料在气候、温湿度变化的条件下，吸水后，隔热结构会破坏甚至失效。性能会逐年衰减，抗老化、防火性能逐渐变差，烟毒性增大。

       在降温方面，传统的方式主要是采用谷冷、空调降温来进行粮仓温度控制。特别是夏季高温地区粮仓每天需要开启空调至少8个小时进行仓温降温。粮仓的整体隔热性能不佳，会导致运行能耗的大幅提升。

       而经过特殊工艺，将气凝胶材料融入到卷材中，即可具有以下几点优势：

       a、抗紫外线、隔绝太阳热辐射

       含有气凝胶的表面层铝箔，会提供良好的抗紫外线老化及隔绝太阳热辐射的功能。

       b、施工简便

       使用方便，将建筑屋面或彩钢瓦表面清理干净后即可直接粘接。施工简便、操作安全、工期短，效率高，成型后无需养护。

       c、粘接强度高

       比普通自粘卷材的粘接强度提高80％，且粘接时间越久，粘接效果越好。

       d、柔性防水层， 能适应金属屋面热胀冷缩变形和风载荷变形。

       e、用途广泛，能牢固地与水泥基面、各种金属面等紧密粘接。

       f、抗拉强度高、延伸率大，对基层收缩变形和开裂的适应能力强。

       综上所述，融入气凝胶元素打造的防火、防水、隔热板，可作为墙板、吊顶板、防火板、防水板等使用，广泛适用于内外墙体板、粮仓、活动房屋、轻型的工业厂房、冷库、冷藏室等领域。相信在未来，这种超级保温材料还会有更多的发展空间。