艾素芬，向艳超，雷尧飞，薛淑艳，沈宇新，殷 雷，刘 佳，陈维强

（1. 北京卫星制造厂有限公司，北京 100094；2. 北京空间飞行器总体设计部，北京 100094）

引 言

气凝胶是一种分散介质为气体，由胶体粒子或高聚物分子相互聚积成网络结构的纳米多孔性固体材料。气凝胶网络结构的基本粒子直径为1～20 nm，孔洞尺寸为1～100 nm，因此具有密度低（可低至3 kg/m3）、孔隙率高（可高达99.8%）的特点。由于该材料内的孔径（＜ 50 nm）小于空气分子的平均自由程（70 nm），能有效地抑制气体对流；材料的固体含量非常低，固体热传导低，从而使得气凝胶具有极低的导热系数（可达0.013 W/（m·K））[1]，是目前导热系数最低的固体材料。气凝胶作为保温隔热材料已经广泛应用于航空航天、建筑、石油热力等各个领域[2]。

对于部组件轻量化程度要求极高的航空航天领域，多使用低密度的气凝胶材料（密度 ≤ 50 kg/m3）。美国劳伦斯利弗摩尔国家实验室（Lawrence Livermore National Laboratory，LLNL）最早实现低密度二氧化硅气凝胶制备技术突破，所制备的气凝胶材料密度可低至3 kg/m3[3]。美国国家航空航天局（National Aeronautic and Space Administration，NASA）使用该实验室技术，实现了低密度气凝胶在航天领域的应用：1997年，在“火星探路者”（Mars Pathfinder，MPF）的“旅居者号”（Sojourner）巡游车中，使用了密度为15～20 kg/m3的二氧化硅气凝胶材料制备了核心部件的温箱，以抵挡火星上的低温，同时达到设备减重的目的[4]；1999年，对低密度气凝胶制备技术进行改进，利用气凝胶多孔缓冲性能，制作了梯度密度为10～50 kg/m3的气凝胶网络单元，并设计为网球拍状尘埃采集器，装在“星尘号”（Stardust）宇宙飞船上，用于捕捉彗星尘埃[5]。2003年，NASA在“机遇号”（Opportunity）和“勇气号”（Spirit）火星探测器上，再次使用了20 kg/m3的气凝胶材料作为隔热材料，并添加了0.4%的石墨来进一步降低辐射传热[6]。……