氣凝膠是一種神奇的材料！它非常輕，即使把一塊氣凝膠放在花蕊上也不會將花蕊壓彎。之所以如此輕是因為氣凝膠的內(nèi)部包含了許許多多細小的孔，這些孔的尺寸在納米或微米尺度，所有孔的體積合起來占整個氣凝膠體積的絕大多數(shù)，甚至可以達到99％以上。所以氣凝膠是世界上已知的密度最低的人造固體材料，有“固態(tài)煙霧”（solid smoke） 之稱。

1931年，Kistler制備出世界上第一塊氣凝膠。他用超臨界技術干燥凝膠（類似果凍，由固體形成的網(wǎng)絡骨架及網(wǎng)絡中包含的液體組成），將凝膠中的液體用空氣取代，同時保持凝膠中固體網(wǎng)絡結構不塌縮，即得到氣凝膠。相反，如果直接干燥凝膠，網(wǎng)絡中液體揮發(fā)帶來的毛細力通常會使網(wǎng)絡收縮，得到致密而非多孔的材料。這種獨特的多孔疏松結構賦予了氣凝膠極低的密度，以及極低的熱導率和大比表面積等特點。由于這些出色的特性，氣凝膠被期許為“改變世界的神奇材料”， 被用作隔熱材料、隔音材料、光學材料、催化劑載體等，在化學、光學、電學以及航空航天、生命科學等領域具有重要的應用前景。

早期，氣凝膠的網(wǎng)絡骨架主要是納米尺度的二氧化硅等無機材料構筑，氣凝膠的高孔隙率使得這種骨架非常脆，在實際應用環(huán)境中的耐用性較差；所用的超臨界干燥技術步驟繁瑣，成本較高，制品尺寸有限。因此，通過經(jīng)濟便捷的方法，制備力學性能優(yōu)異的氣凝膠是研究人員不懈追求的目標。

在二氧化硅氣凝膠中引入有機組分是改善傳統(tǒng)無機氣凝膠脆性的一種有效途徑，所制備的有機無機雜化氣凝膠因有機組分的介入可以獲得良好的柔韌性。一個代表性工作是中科院化學所趙寧、徐堅研究員通過分子設計制備的含有硫醚鏈段的有機-無機雜化分子，這種分子的兩端是三烷氧基硅，經(jīng)水解縮合后生成類似二氧化硅凝膠的骨架，而中間柔順的硫醚鏈段則可賦予凝膠骨架彈性。這種凝膠可直接在室溫下真空干燥得到氣凝膠，極大地簡化了制備過程。得到的氣凝膠不但完整保留了濕凝膠的初始尺寸，而且密度低、導熱系數(shù)低、比表面積高，具備傳統(tǒng)方法制備氣凝膠的優(yōu)良特性。

研究表明，真空下溶劑揮發(fā)過程中，柔性的硫醚鏈段使得凝膠骨架能夠通過改變構象來承受毛細力的擠壓，其較低的極性也有助于減弱凝膠與溶劑之間的相互作用；溶劑快速揮發(fā)也縮短了毛細力的作用時間，減輕了應力積累對凝膠骨架結構的破壞作用；同時，溶劑的快速蒸發(fā)帶走了大量熱量，體系溫度迅速下降，降低了硅羥基的反應活性，減少了不可逆形變的產(chǎn)生，這對于保持凝膠的結構非常有利。與傳統(tǒng)的二氧化硅氣凝膠相比，這一新型氣凝膠表現(xiàn)出優(yōu)異的柔韌性和彈性，能在50%的形變下仍保持結構不被破壞，并可在30%的形變下反復壓縮多次后迅速回彈而不產(chǎn)生永久變形。這是國際上首次以真空干燥技術制備氣凝膠材料的報道。

隨著研究的發(fā)展，氣凝膠的定義也隨之不斷變化。最初，由濕凝膠經(jīng)過特殊的超臨界干燥獲得的材料稱之為氣凝膠。隨著干燥方法和氣凝膠制備技術的發(fā)展，通過冷凍干燥、常壓干燥、真空干燥等技術，也可以獲得結構完整的輕質(zhì)多孔材料。1998年Hüsing 和 Schubert等提出濕凝膠經(jīng)過干燥、其凝膠網(wǎng)絡和孔結構可以大部分保留的多孔材料都稱之為氣凝膠，這一定義更著眼于氣凝膠材料本身的結構特征。隨著其他新型氣凝膠的開發(fā)，目前對其定義再作修改，認為以零維、一維或二維材料作為分散相的溶膠體系，通過連續(xù)或非連續(xù)的凝膠化手段獲得凝膠后，再經(jīng)干燥得到凝膠網(wǎng)絡和孔結構高度保持的材料即為氣凝膠。

目前，各種各樣的氣凝膠材料被開發(fā)出來，包括有機的或無機的、或有機無機雜化的、柔軟的或堅硬的、導電的或絕緣的、透明的或不透明的等等，這種新穎的材料將獲得更廣闊的應用。