SiO₂气凝胶复合材料的开发源于20世纪30年代，最初是作为高效隔热材料而研究。经过数十年的技术发展，这种材料现在拥有更加多样化的应用，包括作为高效能隔热层在各种环境条件下使用。由于其独特的微观结构，SiO₂气凝胶复合材料不仅隔热效果显著，还能在保持轻质的同时提供足够的结构强度。
SiO₂气凝胶的独特之处首先体现在其微观结构上，其以三维网状纳米多孔结构著称，孔隙率在90％以上。正是这种独特的多孔结构赋予了SiO₂气凝胶轻质、低密度的物理特性（表1），同时还赋予其较大的比表面积。此外，其孔隙结构的可控性，使得材料能够在多种环境中保持稳定，展现出良好的适应性。
化学特性上，SiO₂气凝胶具有优异的稳定性和惰性，能够在多种化学环境下保持其结构和性能的稳定。此外，其表面易于功能化，可通过表面修饰实现与其他物质的有效结合，这极大地拓展了其在复合材料中的应用范围。更值得一提的是，SiO₂气凝胶对于水蒸气和某些气体的吸附性能，使其在过滤和催化领域也显示出巨大潜力。
SiO₂气凝胶复合材料的核心价值在于，在与其他材料复合后，不仅保留了SiO₂气凝胶的原有优势，同时还突破了一些潜在的局限性，开拓出更为广阔的应用前景。SiO₂气凝胶与其他材料的复合主要以增强物理性能和拓展功能为主要目标。
1.聚合物复合
2.金属材料复合
在材料科学领域，SiO₂气凝胶与金属材料的复合是一项重要的创新工作，强化SiO₂气凝胶的机械性能和热稳定性的同时，还拓展了其应用范围，尤其在高强度和特定功能性方面展现出显著的优势。
通过与金属材料，如铝、铜等复合，SiO₂气凝胶复合材料获得了更加坚固的结构。这种结构上的增强源自于金属与SiO₂气凝胶间纳米尺度的相互作用，确保了两种材料能够有效结合，共同发挥各自的优势。由此制造出来的复合材料不仅具备SiO₂气凝胶的轻质和高隔热性能，还拥有金属的高强度和良好的导电性能。
这种复合材料在电磁屏蔽领域的应用效果尤为突出。由于金属的导电特性，SiO₂气凝胶金属复合材料在防护电磁干扰方面表现出色，这在通信和电子产品领域具有重要意义。
此外，由于金属可以提升材料的热稳定性，SiO₂气凝胶金属复合材料也适用于高温环境下运作的设备。
3.纳米材料复合
例如，石墨烯的引入不仅增强了SiO₂气凝胶的强度和稳定性，而且提升了其导热性，这对于要求快速热传导的应用场景尤为重要；纳米银和纳米铜的引入则赋予了SiO₂气凝胶显著的抗菌性能，这在医疗卫生领域具有重要价值，如复合材料用于制造具有自净化能力的表面涂层或医疗器械，可有效减少病原体传播。
同时，SiO₂气凝胶纳米复合材料的开发展示了纳米技术在提高传统材料性能和功能方面的巨大潜力。
与其他常规材料相比，SiO₂气凝胶复合材料具有鲜明的性能优势。
首先，其在保持轻质、高孔隙率的同时，整体的机械强度和耐用性大大提高。
其次，SiO₂气凝胶复合材料的隔热性能和声学性能一般均能超越单一材料，特别适用于对隔热和吸音性能有高要求的环境。
最后，SiO₂气凝胶复合材料的化学稳定性和生物相容性较好，为其在化工和医疗领域提供了新的可能。
３.１传统砂浆和混凝土
砂浆和混凝土作为基建设施的基础材料，其稳定性和耐久性是核心考量指标。SiO₂气凝胶的引入，可不牺牲传统材料强度和稳定性的前提下，提高其节能性能。SiO₂气凝胶独特的多孔结构和低热导率使其成为理想的隔热添加剂，可显著提高材料的隔热性能。
当SiO₂凝胶以适当比例混入砂浆或混凝土中时，可以有效减少热能传递，从而减少能源消耗，提高能源效率。这一改良不仅适用于新型设施，也适用于旧设施的节能改造。
中凝科技气凝胶无机保温砂浆（保温砂浆替代品）
与传统涂料相比，SiO₂气凝胶涂料提供了更为出色的隔热性能，可有效降低室内外温度差异所引起的能源损失。通过在内墙表面涂覆SiO₂气凝胶涂料，可以在不进行大规模结构改造的情况下，有效提升节能性能。
外墙和楼顶作为房屋的主要热量交换界面，其节能性能对整个房屋的能耗有着直接影响。将SiO₂气凝胶复合材料应用到外墙和楼顶的隔热层中，不仅可以大幅降低夏季的冷却需求，还能有效减少冬季供暖所需的能源消耗。这种材料轻质且易于加工，便于在现有设施上进行改造和应用。
上海青浦宋庆龄学校外立面应用气凝胶保温隔热涂料系统
在夏季，SiO₂气凝胶复合玻璃能有效减弱太阳辐射，减少约20％的热损失，而且可有效降低太阳辐射对室内温度的影响，提高居住舒适度；在冬季，SiO₂气凝胶复合玻璃能阻挡约40％的室内热空气流失，表现出显著的节能效果。与传统玻璃相比，SiO₂气凝胶复合玻璃保持了较高的透光率，对室内采光的影响微乎其微。
目前，SiO₂气凝胶复合玻璃主要有两种类型：夹层玻璃和镀膜玻璃。夹层玻璃虽然在保温性能方面表现出色，但其生产成本相对较高，因为需要更多的SiO₂气凝胶。与之相比，镀膜玻璃成本更低，同样具有良好的保温性能，并能达到88％的透光率。
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第三届气凝胶技术与应用论坛
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9 | 聚酰亚胺气凝胶的原料优化及工艺创新 |
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