沉睡90年終「覺醒」 氣凝膠改變世界 火星探測器、電動車都要靠佢！｜升A學堂
發佈時間：12:00 2026-10-01 HKT
你曾否想像過，一塊看似凝固的藍色煙霧竟能阻擋烈燄，保護背後的鮮花完好無缺？更令人驚訝的是——這種神奇物質早於1931年誕生，卻沉睡逾90年，直至近年才被全球科技巨頭重新發掘，變成電動車電池、NASA火星探測器、中國嫦娥探月工程的關鍵材料。這種被譽為「凝固的煙霧」的物質，就是「氣凝膠」（Aerogel）。
何謂「氣凝膠」？
「氣凝膠」由凝膠經特殊乾燥工藝製成，內部結構最高可達99.8%為空氣，僅0.2%為固體骨架，外觀近乎透明，呈淡藍色光澤（其成因與天空變藍同樣源於「瑞利散射」）。氣凝膠最早由美國科學家Samuel Kistler於1931年成功製備，目前最常見的是二氧化矽氣凝膠。其獨特之處如下：
- 超低密度︰二氧化矽氣凝膠密度可低至每立方厘米約0.003克，僅約為空氣的2至3倍重，卻可承托起遠超自身千倍重量的物體。
- 極低導熱性︰導熱糸數低至約0.013 W/(m．K)，隔熱效能約為傳統玻璃纖維的2至3倍。若以噴燈直接灼燒，另一面仍保持近室溫。
- 巨大比表面積︰1克氣凝膠的總表面積約達1000平方米，相當於2至3個標準籃球場，是吸附污染物的理想材料。
- 優異隔音性能︰多孔結構能有效吸收聲波，是新一代降噪材料的熱門選擇。
小實驗：模擬隔熱原理
材料：相同玻璃杯2個、棉花、溫度計、熱水（約80°C）、保鮮紙、計時器
步驟：
- 將其中一個玻璃杯以棉花鬆鬆包裹（模擬多孔結構），另一個杯作為對照組（無隔熱）。
- 同時倒入等量80°C熱水，並以保鮮紙封口。
- 每隔5分鐘量度兩杯水溫，持續30分鐘。
- 比較分析：無棉花包裹的杯子由於自由空氣對流，導致熱量流失快，所以降溫較快；而被棉花包裹的杯子降溫明顯較慢——這正是「纖細孔隙限制空氣對流」的原理，靜止空氣是良好隔熱體，亦即氣凝膠隔熱核心秘密。
注意事項：小心處理熱水，家長或老師宜協助。
從太空走入生活日常
氣凝膠應用範圍廣泛，包括以下幾方面︰
太空探索守護者︰NASA「星塵號」（Stardust）探測器於1999年發射升空，2004年1月利用氣凝膠成功捕捉Wild 2彗星塵埃，並於2006年1月將樣本帶返地球。火星車「精神號」與「機遇號」均以氣凝膠抵禦夜間低至-100°C的極寒。中國的神舟飛船、嫦娥探月工程及「天問一號」火星探測器，據報亦採用國產氣凝膠進行熱防護，充分展現國家在尖端材料領域的實力。
電動車安全保障︰這是近年最受矚目的突破——Tesla、比亞迪、寧德時代等行業巨頭，已將氣凝膠片應用於電池組的「熱失控」隔熱層。一旦電芯起火，溫度可瞬間飆升至千度以上，而薄薄一層氣凝膠便能延緩熱蔓延，為乘客爭取寶貴的逃生時間。
綠色建築革命︰與傳統玻璃纖維或岩棉隔熱層相比，氣凝膠保溫板所需厚度大幅減少，一般僅需傳統材料約五分一的厚度，即可達至相近的隔熱效能，有助降低冷氣耗電與碳排放，正逐步應用於「近零能耗建築」項目，助力國家實現「雙碳」目標。
環保救星︰改性碳氣凝膠擁有疏水親油的特性，可吸附自身重量數十倍的油污，是處理海洋漏油的理想材料；亦廣泛應用於濾水器及空氣淨化器，去除重金屬、PM2.5及揮發性有機物。
日常生活隱形夥伴︰這項最初由NASA用於航太隔熱的氣凝膠技術，如今已廣泛應用於極地科考外套、頂級登山鞋墊及消防員防火服，以極致輕薄的體積，構築出跨越極寒與酷熱的頂級溫控屏障。
黃金爆發期：新一代機遇
據多間國際市場研究機構估算，全球氣凝膠市場正以雙位數年增速持續擴張（年均增長率約16%），預計至2034年市場規模，將由2024年約14億美元增長至約65億美元，增幅逾4倍。
中國已成為產業領跑者之一：2013年浙江大學高超教授團隊研發的石墨烯氣凝膠，密度僅0.16毫克/立方厘米，比空氣更輕，以「密度最低固體」（Least Dense Solid）之名載入《健力士世界紀錄》；國家「十五五」新材料規劃據報亦將高性能氣凝膠列為重點項目。香港多間大學的新材料研究組亦啟動相關項目，這個產業正成為大灣區青年的新興舞台。
從1931年的實驗室奇蹟，到今日守護電動車安全——氣凝膠以90年沉睡換來這一刻綻放。
小思考，大智慧
- 為甚麼氣凝膠擁有如此優異的隔熱性能？
- 為甚麼電動車品牌會選擇氣凝膠作為電池隔熱材料？
參考答案
- 氣凝膠內部由高達99.8%的空氣與0.2%的固體骨架組成，呈納米級多孔結構。空氣本身為極差的熱導體，納米孔隙又限制了空氣分子的對流運動，故熱量難以通過傳導或對流傳遞，造就其卓越的隔熱性能。
- 電動車最大的安全隱患是電池「熱失控」起火，溫度可瞬間升至千度以上。氣凝膠憑藉極低導熱性與輕薄特性，既能有效延緩熱蔓延、為乘客爭取逃生時間，又不會大幅增加車身重量而影響續航，是兼顧安全與性能的理想選擇。
本欄逢周一刊登，由教育評議會邀請資深中小學老師、校長及大學講師撰稿，旨在為學生提供多元化的STEAM學習材料，引發學生探求知識的興趣，將學習融入生活，培養學生的世界觀、敏銳的觸覺、積極學習的態度。
文：中華基督教會銘賢書院助理校長陳炳耀
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