沉睡90年终「觉醒」 气凝胶改变世界 火星探测器、电动车都要靠佢！｜升A学堂
发布时间：12:00 2026-10-01 HKT
你曾否想像过，一块看似凝固的蓝色烟雾竟能阻挡烈燄，保护背后的鲜花完好无缺？更令人惊讶的是——这种神奇物质早于1931年诞生，却沉睡逾90年，直至近年才被全球科技巨头重新发掘，变成电动车电池、NASA火星探测器、中国嫦娥探月工程的关键材料。这种被誉为「凝固的烟雾」的物质，就是「气凝胶」（Aerogel）。
何谓「气凝胶」？
「气凝胶」由凝胶经特殊干燥工艺制成，内部结构最高可达99.8%为空气，仅0.2%为固体骨架，外观近乎透明，呈淡蓝色光泽（其成因与天空变蓝同样源于「瑞利散射」）。气凝胶最早由美国科学家Samuel Kistler于1931年成功制备，目前最常见的是二氧化矽气凝胶。其独特之处如下：
- 超低密度︰二氧化矽气凝胶密度可低至每立方厘米约0.003克，仅约为空气的2至3倍重，却可承托起远超自身千倍重量的物体。
- 极低导热性︰导热糸数低至约0.013 W/(m．K)，隔热效能约为传统玻璃纤维的2至3倍。若以喷灯直接灼烧，另一面仍保持近室温。
- 巨大比表面积︰1克气凝胶的总表面积约达1000平方米，相当于2至3个标准篮球场，是吸附污染物的理想材料。
- 优异隔音性能︰多孔结构能有效吸收声波，是新一代降噪材料的热门选择。
小实验：模拟隔热原理
材料：相同玻璃杯2个、棉花、温度计、热水（约80°C）、保鲜纸、计时器
步骤：
- 将其中一个玻璃杯以棉花松松包裹（模拟多孔结构），另一个杯作为对照组（无隔热）。
- 同时倒入等量80°C热水，并以保鲜纸封口。
- 每隔5分钟量度两杯水温，持续30分钟。
- 比较分析：无棉花包裹的杯子由于自由空气对流，导致热量流失快，所以降温较快；而被棉花包裹的杯子降温明显较慢——这正是「纤细孔隙限制空气对流」的原理，静止空气是良好隔热体，亦即气凝胶隔热核心秘密。
注意事项：小心处理热水，家长或老师宜协助。
从太空走入生活日常
气凝胶应用范围广泛，包括以下几方面︰
太空探索守护者︰NASA「星尘号」（Stardust）探测器于1999年发射升空，2004年1月利用气凝胶成功捕捉Wild 2彗星尘埃，并于2006年1月将样本带返地球。火星车「精神号」与「机遇号」均以气凝胶抵御夜间低至-100°C的极寒。中国的神舟飞船、嫦娥探月工程及「天问一号」火星探测器，据报亦采用国产气凝胶进行热防护，充分展现国家在尖端材料领域的实力。
电动车安全保障︰这是近年最受瞩目的突破——Tesla、比亚迪、宁德时代等行业巨头，已将气凝胶片应用于电池组的「热失控」隔热层。一旦电芯起火，温度可瞬间飙升至千度以上，而薄薄一层气凝胶便能延缓热蔓延，为乘客争取宝贵的逃生时间。
绿色建筑革命︰与传统玻璃纤维或岩棉隔热层相比，气凝胶保温板所需厚度大幅减少，一般仅需传统材料约五分一的厚度，即可达至相近的隔热效能，有助降低冷气耗电与碳排放，正逐步应用于「近零能耗建筑」项目，助力国家实现「双碳」目标。
环保救星︰改性碳气凝胶拥有疏水亲油的特性，可吸附自身重量数十倍的油污，是处理海洋漏油的理想材料；亦广泛应用于滤水器及空气净化器，去除重金属、PM2.5及挥发性有机物。
日常生活隐形伙伴︰这项最初由NASA用于航太隔热的气凝胶技术，如今已广泛应用于极地科考外套、顶级登山鞋垫及消防员防火服，以极致轻薄的体积，构筑出跨越极寒与酷热的顶级温控屏障。
黄金爆发期：新一代机遇
据多间国际市场研究机构估算，全球气凝胶市场正以双位数年增速持续扩张（年均增长率约16%），预计至2034年市场规模，将由2024年约14亿美元增长至约65亿美元，增幅逾4倍。
中国已成为产业领跑者之一：2013年浙江大学高超教授团队研发的石墨烯气凝胶，密度仅0.16毫克/立方厘米，比空气更轻，以「密度最低固体」（Least Dense Solid）之名载入《健力士世界纪录》；国家「十五五」新材料规划据报亦将高性能气凝胶列为重点项目。香港多间大学的新材料研究组亦启动相关项目，这个产业正成为大湾区青年的新兴舞台。
从1931年的实验室奇迹，到今日守护电动车安全——气凝胶以90年沉睡换来这一刻绽放。
小思考，大智慧
- 为甚么气凝胶拥有如此优异的隔热性能？
- 为甚么电动车品牌会选择气凝胶作为电池隔热材料？
参考答案
- 气凝胶内部由高达99.8%的空气与0.2%的固体骨架组成，呈纳米级多孔结构。空气本身为极差的热导体，纳米孔隙又限制了空气分子的对流运动，故热量难以通过传导或对流传递，造就其卓越的隔热性能。
- 电动车最大的安全隐患是电池「热失控」起火，温度可瞬间升至千度以上。气凝胶凭借极低导热性与轻薄特性，既能有效延缓热蔓延、为乘客争取逃生时间，又不会大幅增加车身重量而影响续航，是兼顾安全与性能的理想选择。
本栏逢周一刊登，由教育评议会邀请资深中小学老师、校长及大学讲师撰稿，旨在为学生提供多元化的STEAM学习材料，引发学生探求知识的兴趣，将学习融入生活，培养学生的世界观、敏锐的触觉、积极学习的态度。
文：中华基督教会铭贤书院助理校长陈炳耀
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