氣凝膠是一種納米多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的固體材料，也是世界上最輕的固體材料，與石墨烯、富勒烯等被共譽為改變世界的十大新材料之一。其在熱學、光學、電學、力學、聲學等領(lǐng)域具備突出性能，是具有巨大應用價值的軍民兩用技術(shù)。


氣凝膠的歷史可追溯到1931年，美國加州太平洋大學首次通過乙醇超臨界干燥制備出二氧化硅氣凝膠。盡管這種二氧化硅氣凝膠的絕熱性非常好，但突出的脆性特征卻限制了其廣泛應用，直到20世紀90年代，NASA為了解決航天飛機儲存和轉(zhuǎn)移液體燃料箱的絕熱材料問題，提出了開發(fā)柔性氣凝膠復合材料的設想，并在1992年與美國Aspen Systems公司簽訂小企業(yè)創(chuàng)新研究（SBIR）項目合同，致力于開發(fā)靈活、耐用、易于使用的氣凝膠。


硅氣凝膠


1999年，Aspen Systems公司開發(fā)出纖維復合的氣凝膠超級絕熱材料，并于2001年成立了Aspen Aerogel公司進行氣凝膠材料的商業(yè)化運營，開啟了氣凝膠作為超級絕熱材料產(chǎn)業(yè)化熱潮。這種纖維氣凝膠復合材料迅速在航空航天領(lǐng)域低溫燃料箱和管道等上應用，并推廣至建筑、電器、制冷設備等民用領(lǐng)域。


靜電紡絲復合氣凝膠薄膜


得益于良好的保暖性能，OROS公司與Aspen Aerogels公司合作，用這種纖維氣凝膠復合材料作為隔熱材料，推出了其第一款Lukla沖鋒衣。但由于忽略了氣凝膠隔熱材料在運動時可能會剝落的問題，使得服裝可能隨著使用而損失隔熱性能；硅氣凝膠因吸濕性較強必須采用封裝材料，導致服裝幾乎不透氣。 


此后，該公司又在第一款服裝基礎(chǔ)上進行了一系列透氣性和耐用性改進，開發(fā)了一種名為SolarCore的新型聚合物復合氣凝膠，使得沖鋒衣重量減輕了40%，且透氣性更好，可廣泛應用于手套、雪褲、帽子、襯衫等產(chǎn)品領(lǐng)域。


美國Aerogel Technologies公司也基于Aspen Aerogels公司的氣凝膠開發(fā)了可用于服裝鞋帽領(lǐng)域的Aerotherm氣凝膠保暖系列品。Aerotherm氣凝膠材料是一種通過將硅氣凝膠浸漬到非織造柔性襯底中制成的多孔材料，其保暖性能是傳統(tǒng)保暖材料的2～8倍，具有非常出色的承壓能力，且保暖性能幾乎不受壓力影響 —— 即使在15磅/平方英寸的壓力下也能保持其95%以上的原始厚度以及97%以上的保暖性能。 


因此，只需要2mm的Aerotherm氣凝膠材料就可以將服裝的保暖性能提高2～3倍，特別是在經(jīng)常受壓的區(qū)域，如膝蓋、肘部、臀部、鞋底等部位。采用該材料制成的服裝，可不使用保暖夾層材料而達到更好的保暖性能，而夾層保暖結(jié)構(gòu)則通常會因為壓縮而喪失保暖效果。 


此外，NASA開發(fā)的基于聚合物的聚酰亞胺柔性氣凝膠也已經(jīng)開始尋求民用領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化。2015年，F(xiàn)LEXcon公司從NASA GRC獲得了該技術(shù)的許可，并與同樣正在開展聚酰亞胺氣凝膠研發(fā)的Blueshift公司合作，以更大規(guī)模地生產(chǎn)這種符合NASA高規(guī)格的氣凝膠材料。除了在極端環(huán)境下使用的管道隔熱產(chǎn)品等，F(xiàn)LEXcon公司還正在開發(fā)聚酰亞胺氣凝膠高端戶外用品，如戶外服裝、手套、鞋靴、帳篷等。