章婷等,气凝胶研究进展 第39卷 体成分替换成气体而仍然保持其凝胶网络的三维多孔纳米材料。图1给出了气凝胶与干凝胶之间 的主要区别。 目前制得的气凝胶孔隙率一般在80%~99.8%,典型孔洞尺寸在50nm范围内,比表面积可高 达100m2g。此外,气凝胶的密度极低,且易通过工艺条件来调控 气凝胶的连续三维网络结构使得其在热学、力学、声学、光学、电学、吸附等方面都显示出独 特的性质,引起了研究者们极大的兴趣。正是由于其微观结构呈现出“蜂窝状”的多孔形貌,加之 其具有比表面积大、孔隙率高、密度低、热导率低等特点,气凝胶在分离材料、绝热材料、高能 物理S、高效催化剂及催化剂载体6、气体及生物传感器、低介电常数材料围等很多方面均具有巨 大的应用潜力,如图2所示。 气凝胶最初是在1931年由斯坦福大学的 Kistler采用盐酸水解水玻璃的方法及超临界干燥技 术(采用乙醇为超临界干燥介质)制得的。同时, Kistler还制备了其它许多氧化物气凝胶材料,如 Al2O3、ZrO3、WO3等間,并详细探讨了气凝胶的各项性能。由于气凝胶制备过程繁琐而漫长,且 当时并未发现气凝胶的实际应用价值,因此在之后的30多年里气凝胶并未引起人们的很大兴趣 之后, Teichner等人12以正硅酸甲酯为前驱体,首次在醇溶剂中制备出了醇凝胶,但由于干燥 处理很棘手,制备气凝胶仍很困难。 Teichner在此基础上也研究了许多简单氧化物气凝胶的合成3 无机气凝胶中最主要的一类就是这些氧化物气凝胶 196年, Peril采用甲醇为超临界干燥介质来干燥水凝胶,大大缩短了干燥周期,气凝胶的研 究才得到进一步的发展。20世纪80年代之后,随着溶胶-凝胶法的深入发展和超临界干燥技术的逐 步完善,构成气凝胶的固体微粒更趋于细化,微孔分布更趋于均匀,从而使得材料的密度更低,孔 隙率更高。同时, Lindquist等合成的硼气凝胶以及美国 Livermore国家实验室通过间苯二酚甲醛 缩聚制备的新型有机气凝胶等扩充了气凝胶的种类,极大丰富了气凝胶的体系。1985年,在德国 Precursors Hydr Sol Condensation (gelation Ageing Evaporation Extraction of solvents (drying) Xerogel Ae 图1干凝胶与气凝胶区别2 Fig. I The differences between dry gel and aerogel 2  章 婷 等, 气凝胶研究进展 第 39 卷 体成分替换成气体而仍然保持其凝胶网络的三维多孔纳米材料[1]。图 1 给出了气凝胶与干凝胶之间 的主要区别。 目前制得的气凝胶孔隙率一般在 80% ~ 99.8%，典型孔洞尺寸在 50 nm 范围内，比表面积可高 达 l000 m2 ·g1 。此外，气凝胶的密度极低，且易通过工艺条件来调控。 气凝胶的连续三维网络结构使得其在热学、力学、声学、光学、电学、吸附等方面都显示出独 特的性质，引起了研究者们极大的兴趣。正是由于其微观结构呈现出“蜂窝状”的多孔形貌，加之 其具有比表面积大、孔隙率高、密度低、热导率低等特点，气凝胶在分离材料[3]、绝热材料[4]、高能 物理[5]、高效催化剂及催化剂载体[6]、气体及生物传感器[7]、低介电常数材料[8]等很多方面均具有巨 大的应用潜力，如图 2 所示。 气凝胶最初是在 1931 年由斯坦福大学的 Kistler [10] 采用盐酸水解水玻璃的方法及超临界干燥技 术 (采用乙醇为超临界干燥介质) 制得的。同时，Kistler 还制备了其它许多氧化物气凝胶材料，如 Al2O3、ZrO3、WO3 等 [11]，并详细探讨了气凝胶的各项性能。由于气凝胶制备过程繁琐而漫长，且 当时并未发现气凝胶的实际应用价值，因此在之后的 30 多年里气凝胶并未引起人们的很大兴趣。 之后，Teichner 等人[12] 以正硅酸甲酯为前驱体，首次在醇溶剂中制备出了醇凝胶，但由于干燥 处理很棘手，制备气凝胶仍很困难。Teichner 在此基础上也研究了许多简单氧化物气凝胶的合成[13]。 无机气凝胶中最主要的一类就是这些氧化物气凝胶。 1966 年，Peri [14] 采用甲醇为超临界干燥介质来干燥水凝胶，大大缩短了干燥周期，气凝胶的研 究才得到进一步的发展。20 世纪 80 年代之后，随着溶胶凝胶法的深入发展和超临界干燥技术的逐 步完善，构成气凝胶的固体微粒更趋于细化，微孔分布更趋于均匀，从而使得材料的密度更低，孔 隙率更高。同时， Lindquist 等合成的硼气凝胶[15]以及美国 Livermore 国家实验室通过间苯二酚甲醛 缩聚制备的新型有机气凝胶[16]等扩充了气凝胶的种类，极大丰富了气凝胶的体系。1985 年，在德国 图 1 干凝胶与气凝胶区别[2] Fig. 1The differences between dry gel and aerogel