密度比空气还小，它就是保暖隔热神器！
①气凝胶是一种密度非常小的固体材料，因为密度太小，所以也被誉为“冻住的烟雾”“固态空气”“蓝烟”等。它是一种纳米级的多孔结构凝胶，其孔隙由气体填充，具有密度极低、透明度高、隔热性能优异等特点。
②那么气凝胶是如何制造的呢？要得到它，首先需要制备湿凝胶（我们小时候爱吃的果冻就是一种常见的湿凝胶），再将里面的溶剂全部抽取出来同时保证其形状不改变，就能得到一个气凝胶了。当然最难的部分也是如何去除液体而只保留固体骨架。
③1931年，加利福尼亚州太平洋学院Kistler教授首先采用超临界干燥技术制得了人类历史上的首个有记录的气凝胶。这个技术的关键在于超临界流体的奇特性质。当溶剂在特定的温度和压力下，到达液态和气态临界点，成一种超临界流体，处于超临界状态的溶剂无明显表面张力，从而可以实现凝胶在干燥过程中保持完好骨架结构。
④超临界干燥是在干燥介质的临界压力和临界温度条件下进行整个干燥过程的技术手段。通常湿凝胶首先被置于一个高压容器内，在超临界状态下，介质流体（通常为二氧化碳）渗入被干燥物体的内部，温和、快速地与溶剂分子进行交换，将溶剂替换出来，然后再通过改变操作参数将流体从超临界态变为气态，从被干燥原料中释放出来，由于溶剂没有气液相分离，所以它可以很平和地离开凝胶孔隙，不会破坏凝胶的结构从而实现干燥的效果。
⑤中国的科学家最近利用含有石墨烯和碳纳米管的水溶液成功制备了全碳气凝胶，它是目前世界上密度最小的固体物质。这种气凝胶的密度为0.16mg/cm3，只有空气密度的1/6。
⑥气凝胶隔热以其独特的结构使其具备了以下三种隔热的“武器”：
⑦“零对流”效应：热传导主要是通过气体分子不断的碰撞而传递能量，科学上把气体分子与周围分子不发生碰撞的可运动距离叫做分子自由程，空气的平均自由程为70nm。而气凝胶内部的平均孔径约为20﹣50nm，大大小于空气自由程，因此对流传热很小的同时大幅度降低了气体热传导。
⑧“无穷热隔板”效应：气凝胶的孔径是纳米级别的，虽然孔隙极其多，但是错落有致的孔隙使得没有“通孔”，无穷多的孔壁相当于遮热板，这样就使得热辐射传导的热量降到最低，再配合上特殊的反辐射物质，可更加有效阻隔辐射传热。
⑨“无穷长路径”效应：热量只能顺着孔传递，无穷多的孔使得热传递的路径无限长，从而使得传递的热量趋于最低。当把气凝胶材料用于阻隔热量的时候，它纤细的骨架让热量传导变得非常困难，相当于让热量沿着羊肠小道在三维网络上走迷宫；而大量的纳米孔隙就像一个个单独的房间，把单个的气体分子关起来，让气体分子既不能流动也不能彼此接触，从而把对流传热消于无形。
⑩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，在各个领域都有着广泛的应用前景。其中，最让人瞩目的就是在航空航天领域，由于孔隙率高、高比表面积、低密度、绝热性能好等优异理化性质，已经成功应用在长征火箭系列，火星车以及宇航服等。当然，气凝胶领域还不够成熟，需要开展大量的研究工作。但是相信在未来，气凝胶将为人类创造更加健康、智能、可靠和美好的生活环境。
（有删改）
【链接材料】
北极熊之所以能适应零下40摄氏度的环境，是因为它的毛是中空结构，里面封装了大量空气，可通过抑制热传导和热对流减少热量流失。
