气凝胶是一种具有超高孔隙率的三维纳米多孔材料，孔隙率能够达到90%以上。多孔结构和骨架组分结合赋予了气凝胶在纳米尺度下独特的绝热、隔音、吸附等性能，被誉为是“一个可以改变世界的材料”，受到世界各国的高度重视。在国家政策支持和市场引导下，近十年我国气凝胶产业快速发展，被列入国家重点新材料产品目录，研发和产业化加快，产能位居世界第一，应用场景不断拓展，广东、浙江、贵州、重庆等省市因地制宜，开创了具有地方特色的气凝胶产业。在新材料日益受到重视和碳达峰战略加快实施的背景下，如何推动气凝胶产业高质量发展成为关注的热点。
气凝胶概况及分类
气凝胶材料最初是由美国人S. Kistler采用溶胶－凝胶法获得二氧化硅凝胶，并采取超临界干燥获得的一种超轻的二氧化硅纳米孔结构材料，称之为“aerogel”（气凝胶）。随着科技的发展，类似的结构材料不断被发现。国际顶级权威学术期刊《科学》在第250期将气凝胶列为十大热门科学技术之一，称其为可以改变世界的多功能新材料。
国际理论和应用化学联合会将气凝胶定义为一种由微孔结构构成，孔洞内的分散介质为气态的凝胶。一般认为，凝胶内的流体介质被空气取代后，整体结构骨架没有变化而形成网络海绵结构体（不是通过发泡模式获得多孔的结构体），并且孔大小属于纳米级的材料，被称为气凝胶。从科学角度看，气凝胶不是材料而是物质的结构形式。
当前，随着气凝胶基础研究、应用研究和工业化不断深入，越来越多的新型功能化气凝胶不断被合成，气凝胶已经从最初的二氧化硅气凝胶发展成为庞大的气凝胶家族。
从组分看，气凝胶包括氧化物气凝胶、碳化物气凝胶、氮化物气凝胶、有机气凝胶、石墨烯气凝胶、生物质气凝胶和碳气凝胶、硫气凝胶、金属单质气凝胶、非金属单质气凝胶、钙钛矿型气凝胶和尖晶石型气凝胶等其他气凝胶，以及两种及以上单组分气凝胶构成或者由纤维、晶须、纳米管等增强体与气凝胶基体相结合的复合气凝胶。
从产品形态看，气凝胶产品主要有颗粒、粉末，以及气凝胶毡、板、布、纸（薄毡）、异形件等。其中，毡、板、布、纸和异形件是气凝胶与纤维复合所得产品，技术工艺类似，但是产品应用有较大的区别。详见表1。
特性及用途
多孔结构和骨架组分赋予了气凝胶独特的性能。气凝胶材料最基本的特性包括高比表面积、纳米级多孔（高孔隙率）和低密度。根据材料种类的不同，各种气凝胶材料又具有其他特殊特性。气凝胶材料具备高孔隙率（95%~99%）、高比表面积（700m2/g）、极低的密度0.06~0.18mg/cm3，是热导率最低的固体材料，其室温热导率低于0.018W/(mK)，低于100kPa、20℃干空气的热导率[0.025W/(mK)]，被称为超级绝热材料。气凝胶材料还具备低声阻抗（<106kg/m2s）、低折射率（<1.0003）、低介电常数（<1.003）的特性，表现出优异的热学、声学、光学、电学和生物学等特性，在航天军工、工业绝热保温、建筑节能、高端装备、环境治理和纺织服装等领域展现出极大的应用价值和广阔的应用前景（见表2）。
目前已产业化的气凝胶材料主要是二氧化硅气凝胶材料，其他材料基本处于中试或者实验室小试状态。
产业化应用情况
美欧日对气凝胶的研究和应用起步较早，在材料研发、规模化生产、多领域应用及市场开拓方面均处于全球领先。国外气凝胶基础和工程化应用研究机构主要有美国LLNL实验室、JPL实验室、SNL实验室、加州理工学院、阿斯彭公司（Aspen），德国维尔茨堡大学、Basf公司、Desy公司，法国蒙特派利尔材料研究中心，瑞典Lund公司，日本高能物理国家实验室和韩国延世大学等。
国际上气凝胶产业企业主要有美国的Aspen Aerogel、Cabot Corporation、Aerogel Technologie，德国的BASF，法国的Enersens，韩国的Jios Aerogel，瑞典的Svenska Aerogel，葡萄牙的Active Aerogels。美国的Aspen、Cabot是主要生产商，韩国的Jios近几年发展比较快速。全球主要气凝胶生产企业及产品见表3。
我国气凝胶研发、生产与国际先进水平同步。从研究机构看，主要有同济大学、国防科技大学、南京工业大学、清华大学、厦门大学、浙江大学、哈尔滨工业大学中科院等。从生产企业看，主要有贵州航天乌江机电设备有限公司、广东埃力生高新科技有限公司、浙江纳诺科技有限公司、爱彼爱和新材料有限公司和浙江岩谷科技有限公司等，其中亿元级企业5家，5000万~1亿元企业4家。从产品类别看，国内已形成气凝胶柔性材料、刚性材料、流体材料和粉体材料等产品系列。从产能看，我国已具备符合国家标准的优质气凝胶毡批量生产供货能力，产量位居世界第一，且产能持续扩大，全球领先。从地域分布看，气凝胶生产企业主要集中在贵州、广东、浙江、河北、江苏、河南、北京、山西和重庆等地。从应用看，气凝胶在高温管道、窑炉、城市热力管网等领域应用广泛，应用效果得到认可，在显著降低能耗、延长输送范围的同时，可以减小保温层厚度、节约空间。
国内气凝胶应用案例
气凝胶毡
1）文安建筑产业化基地超低能耗建筑示范项目，气凝胶毡应用于热桥处理部位及管道保温，是国内首个住建部康居认证中心、德国能源署DENA和PHI三标认证项目。
2）岳阳机场航站楼复合保温膜，采用PTFE内膜/气凝胶/PTFE内膜复合结构，内膜展开面积4600m2。
3）中海油海南LNG输送管线。
4）华能莱芜发电有限公司纳米气凝胶绝热材料火电厂超温治理项目。
复合保温结构
1）SiO2气凝胶绝热毡+单面铝箔玻纤布+SiO2气凝胶绝热毡+单面铝箔玻纤布+硅酸盐棉+玻纤网格布+铝箔复合保温结构用于中石化塔河炼化有限责任公司2#常压焦化装置，约1km。
2）塔河油田保温井管。
3）10mm耐热纤维层+110mm气凝胶保温涂料+0.75mm镀锌铁板复合保温结构应用于中石化新疆新春石油开发有限责任公司的热力输送管道外层保温改造项目。
4）北京建工新材建邦新材料科技（廊坊）有限公司气凝胶保温毡用于河北华茂绿色科技股份有限公司生物医药化工工程项目。
5）北京丽泽金融商务区智慧清洁能源系统热力管网。
6）天问一号、“长征五号”系列火箭上主要应用于发动机高温燃气系统的隔热；“天舟二号”上主要用于真空隔热板，安装在低温锁柜中，在飞船中搭建超级冰箱。
气凝胶砂浆
瑞士Fixit AG公司联合联邦材料科学与技术实验室共同开发了Fixit 222保温砂浆，含有卡博特公司气凝胶。2014年产品荣获瑞士环保创新奖，已被用于超过35个建筑修缮项目，覆盖墙体面积超过5000m2。
气凝胶涂料
2010年上海世博会零碳馆及万科实验楼应用了气凝胶涂料。
气凝胶玻璃
挪威装有220m2气凝胶玻璃板的超级市场。
气凝胶服装
意大利CorpoNove公司生产了冬季极端寒冷条件下的气凝胶夹克。
电动客车电池舱气凝胶隔热毡
中车时代电动汽车股份有限公司的气凝胶隔热毡用于车中部电池舱上表面，压在PVC板或者竹胶板下；车后部电池舱上封板处，直接放在封板上面；其他需要安装气凝胶隔热毡的金属立封板位置，采用电泳前金属立封板预先开孔+卡扣型式的固定气凝胶隔热毡的安装工艺。
面临的问题
1.市场应用快速增长，但产业规模总体不大
发达国家对绿色发展日益重视，成为推动全球气凝胶市场增长的关键。2019年底，欧盟制定了《欧洲气候法》草案，以立法形式明确到2050年实现“碳中和”，并发布了《可持续欧洲投资计划》《欧洲新工业战略》，明确了欧盟未来工业绿色发展的重点。此外，随着气凝胶材料的进步和创新、产品生态效益意识的提高、气凝胶新应用的不断拓展，以及亚太市场的发展，特别是我国碳达峰战略的实施，气凝胶行业发展显著加快。Allied Market Research研究报告显示，全球气凝胶市场规模从2013年2.2亿美元增加到2020年近20亿美元，年均复合增长率达到36.4%。我国气凝胶市场规模从2015年的3.3亿元增加到2020年的37.16亿元，年均复合增长率约达61.1%，市场增速远超国际平均水平。
2.面临成本高、产量低、应用少三大难题
我国气凝胶产业化应用面临成本高、产量低、应用少的全球性难题，同时产品质量较国际先进水平仍有差距。前驱体价格高，制备工艺复杂，特别是超临界制备技术，导致气凝胶材料产量低、成本高，市场接受难。企业投资巨大但产量有限，产品价格昂贵，使产品应用受到限制，目前多用于航天军工、高端航空等领域，民用也仅有保温毡、保温板等少数产品。与国外相比，气凝胶性能稳定性、均一性及部分性能指标存在差距。此外，国内对气凝胶研究较多，但成果转化缓慢，工程化应用研究不足，规模化应用技术亟待突破。
3.重点专利被国外掌握，国际市场开拓受限
气凝胶在美国阿斯彭公司得到发展，相关基础技术专利已被垒断，阿斯彭“337”专利侵权案例严重打击了中国气凝胶出口。其中基本的公知术语被定义为专利点，特别是气凝胶绝热毡的超临界生产方法。近年来，随着国内研究的不断深入，中国气凝胶的专利申请数量从2017年的4745项增加到2021年7月的23217项，但相对专利质量不高、术语表达不够准确、涵盖领域较窄，专利更多局限于中国地区，国际专利数量较少。而阿斯彭布局的专利几乎针对了一个产品所有关键点，这限制了国内气凝胶产品走向国际市场。
4.标准体系不健全，难以支撑产业发展
目前我国已制定了关于气凝胶及其制品的国家标准，但该标准主要是二氧化硅气凝胶制品，不涉及其他类型气凝胶。该标准仍不完善，产品品质等级类型分类不清晰。仅有少部分地方标准建立，且说服力度不够，不足以支撑整个行业发展。个别标准明显带有企业自我保护特性，不具有普适性，不利于走向国际化。尚无由中国主导编制的相关气凝胶的标准，无国际话语权。
发展建议
1.加强关键技术研发
加强气凝胶基础研究和应用研究开发，组织实施一批科技攻关项目，针对气凝胶低成本高品质制备、产品个性化设计和大规模集成应用等关键共性技术展开攻关，围绕原料选择、干燥工艺优化、产品可控制备、力学性能提升、结构功能化一体化、应用技术开发以及检验检测技术和装备、认证评价技术等关键工程问题，聚焦动力电池、新能源汽车、轨道交通装备、深海油气采储运、冷链物流等领域开展产品设计和应用技术研发，形成一批具有标志性的气凝胶创新成果，抢占气凝胶产业竞争制高点。
2.大力提升气凝胶品质与供给能力
聚焦主流SiO2气凝胶，进一步降低生产成本，简化干燥工艺，强化力学性能，进行功能化改性，提升施工性，推动SiO2气凝胶研发设计、生产应用、检测认证更为深入。重点开发常温型、耐高温型、低温型、不掉粉型、疏水型、低成本型、环保型、复合型SiO2气凝胶产品，丰富密度、尺寸、厚度、导热系数等产品规格，开发防辐射、吸油、储能等特殊领域用气凝胶产品，增加可直接应用的定制化气凝胶、复合保温结构。配套发展改性剂、高性能纤维等原辅料产品，以及成型复合设备和配套工装。
3.着力培育若干典型应用场景
大力推动“气凝胶+”，积极组织气凝胶产品“产需”对接，重点发展气凝胶在工业绝热保温、建筑节能、纺织鞋服、高端装备、冷链物流、5G和数据中心等下游应用，通过技术创新、产品创新和模式创新，打造气凝胶—工业绝热保温、气凝胶—LNG保冷、气凝胶—冷库冷链、气凝胶—建筑隔热、气凝胶—绿色涂料、气凝胶—纺织服装、气凝胶—舰船隔音、气凝胶—节能和新能源汽车等若干产业链。
4.加快技术专利和标准布局
围绕新型气凝胶、复合气凝胶制品、功能结构一体化产品，以及超级绝热保温、建筑节能御寒耐热服装、检测设备等产业重点应用领域，引导、鼓励研发团队及企业积极申请气凝胶专利，特别是通过专利合作条约（PCT）途径向外国（地区）申请发明专利，促进科技成果转化和知识产权保护。在高技术船舶、新能源汽车动力电池、高铁装备、油水分离、污水处理、生物医药等新兴应用领域进行前瞻性专利和标准布局。