
气凝胶的制备过程主要分为两步:(1)通过溶胶-凝胶过程制得凝胶;(2)通过一定的干燥方法将凝胶内的液态物质替换为气态从而制得气凝胶。其中,溶胶-凝胶过程是制备气凝胶最核心的过程,它通常是指前驱体在催化剂(酸或碱)的作用下进行水解缩聚反应后形成溶胶,进而通过老化形成凝胶的过程。同时,通过调节溶胶凝胶参数可制得具有特定功能的气凝胶。
超临界干燥工艺和常压干燥工艺是主流干燥工艺,其中超临界干燥工艺生产的产品纯度高,常压干燥工艺的经济效益高。通常制备气凝胶的干燥方法主要分为4类:超临界干燥、亚临界干燥、冷冻干燥及常压干燥。据美国国家航空航天局统计,干燥工艺是制约气凝胶制备成本的主要原因。超临界干燥工艺因设备投入成本较高,影响气凝胶生产成本的削减,但其对技术要求低且生产的产品纯度高,被广泛应用于军工、航天等特殊领域。对比超临界干燥工艺,常压干燥要求生产企业具备较为成熟的配方和生产技术,但其制造成本是超临界工艺的1/20,较低的生产成本有助于推动气凝胶的大规模商业化应用,适用于民用保温材料等领域。