SiO₂气凝胶具有纳米级的多孔结构，这种结构赋予其卓越的特性，包括极高的孔隙率、极低的密度、巨大的比表面积、极高的孔体积以及极低的热导率。然而，正是这种特殊的网络结构和高孔隙率导致了其较大的脆性和较低的力学性能，这在一定程度上限制了它的应用范围。为了解决这些问题，可以通过添加不同类型的增强材料对SiO₂气凝胶进行改性，以提高其强度、减少脆性，并改善其整体的力学性能。
纤维增强是一种通过化学和物理手段将纤维均匀分散在SiO₂气凝胶中，以制备复合材料气凝胶的技术。由于纤维本身具有较低的密度和较高的抗拉、抗压强度，它们能够在气凝胶内部增强网络结构，并加强各部分之间的连接，从而提升气凝胶的力学性能。
纤维掺杂是目前最广泛采用的改性手段之一，常用的增强纤维包括多种无机和有机纤维，例如莫来石纤维、复合纤维、硅酸铝陶瓷纤维、玻璃纤维、碳纤维以及聚合物纤维等。
莫来石纳米纤维气凝胶制备
玻璃纤维是初期使用最多的改性纤维，其强度不高但是韧性好，与硅基气凝胶掺杂可有效改善其脆性，Kim等采用TEOS和玻璃纤维作为主要原料，通过表面改性、热固化以及常压干燥工艺，成功制备了具有优异韧性的玻璃纤维/SiO₂气凝胶复合结构材料，增强了复合材料的韧性。
马佳等将玄武岩纤维和玻璃纤维分别与气凝胶复合，使之具有良好的隔热性能，并增强其机械强度，改善其疏水性能。石小靖等采用梳理机处理的蓬松玻璃纤维薄层作为增强材料，结合溶胶-凝胶法和常压干燥技术，制备出低纤维含量、低密度的玻璃纤维/SiO₂气凝胶复合材料。随纤维含量增加，复合材料抗压和抗弯强度提高，力学性能增强。
王宝民等研究表明，掺杂纳米碳纤维（CNFs）可明显改善SiO₂气凝胶的导热性能，降低导热系数并增强红外遮光效果。改性后的气凝胶在400℃下仍保持良好热稳定性。试验表明，当CNFs掺杂比例为0.5%时，复合气凝胶综合性能最优。掺入CNFs不仅提升了气凝胶的隔热性能，还保持了其高温稳定性，增强了其在隔热材料领域的应用潜力。
聚合物增强型SiO₂气凝胶材料是采用共聚技术，加入适当的催化剂，将含有活性官能团的聚合物嵌入到气凝胶的骨架或孔隙中。这种方法不仅引入了新的活性位点，而且聚合物与二氧化硅颗粒之间的有机交联有助于加固气凝胶的结构。
通过聚合反应，聚合物能够被包裹在气凝胶颗粒的表面，这有助于增强改性后的纳米颗粒与聚合物之间的相容性，提升其结合力。聚合物增强法作为提升气凝胶机械性能的关键技术之一，能够充分发挥有机和无机材料的互补优势，制造出具有多种功能的SiO₂气凝胶。
Li等通过将聚醚L62与CTAC按1∶4比例混合制备二元表面活性剂溶液，并与SiO₂气凝胶粉末结合研制了一种新型气凝胶浆料，具有高疏水性、优异隔热性和低表面张力、轻质的特性。该研究为高性能气凝胶材料的开发提供了新思路。
Kim等利用PVA溶液与疏水型SiO₂气凝胶共混制备复合气凝胶材料，通过混合形成界面并有效保留孔隙结构。搅拌过程中溶剂逐步汽化，PVA逐渐析出，SEM显示，PVA包覆的SiO2气凝胶内部孔隙结构未受破坏，实现了极低导热系数[0.022 W/（m·K）]。
Choi等通过热诱导相分离和超临界二氧化碳干燥法制备聚丙烯/SiO₂气凝胶复合材料。相比聚丙烯单体，该复合材料在表面化学和微孔结构方面性能更优，具有明显的疏水性（接触角135°）、更大孔隙体积（0.18 cm³/g）、更小平均孔径（12.55 nm）和更高比表面积（57.2 m²/g）。将甲基三甲氧基硅烷气凝胶与聚丙烯结合，形成聚合物基气凝胶复合材料，其超疏水性、耐久性和耐腐蚀性优异，在隔热材料领域具有广阔应用前景。
SiO₂气凝胶具有优异的保温性能，但其纳米多孔结构导致强度较低；传统保温材料力学性能好但保温效果欠佳。结合两者优势成为研究热点。
复合气凝胶制备主要有2种路径：一是在凝胶化阶段引入增强材料；二是先制备气凝胶颗粒，再添加增强材料和粘合剂，通过模压或注塑成型。该方法旨在增强材料结合力和表面稳定性，减少碎裂和粉化。尽管气凝胶初始成本高，但其耐老化性、疏水性、隔热性能及施工便利性等优势，使节省的能源和维护成本可在几年内回收。此外，施工效率提升超30%，长期运营中表现出明显的综合成本效益。
辛英杰和赵苏调整亲水性和疏水性SiO₂气凝胶掺量，改善了反射隔热涂料的保温性能。掺入1.5%疏水性SiO2气凝胶和9%空心玻璃微珠时，涂料导热系数降至0.041 W/（m·K），太阳反射率达85.33%，隔热温差达32.65℃，导热系数比单独使用材料降低30%~40%。2 mm厚气凝胶绝热涂层的热阻相当于42 mm保温砂浆或20 mm岩棉，这说明了SiO₂气凝胶在提升涂料保温隔热性能方面的潜力。
Yan等通过酸碱两步催化法和常压干燥（APD）技术成功制备了性能优异的SiO₂气凝胶。为了增强气凝胶的疏水性，采用了两步表面改性方法。此外，通过在环氧树脂（EP）中引入湿凝胶，制备了SiO₂气凝胶/EP隔热隔热复合材料。SiO₂气凝胶/EP隔热复合材料不仅具有良好的隔热性能，还具有较高的疏水性。为克服SiO₂气凝胶力学性能缺陷，其与无机材料结合已成为当前主要的研发趋势。
水合盐改性硅基气凝胶技术通过在硅基气凝胶的制备过程中引入特定的水合盐，不仅增强了材料的机械强度，还明显提高了其疏水性和耐高温性能。
相变材料（PCM）可在较小的温度范围内通过固-液相变储存和释放大量热。将PCM与单一的建筑隔热材料结合，可达到降低能耗、节约资源的目的，显著提高保温材料的热容量和蓄热能力。
目前的研究大多采用有机相变储能材料，例如石蜡和脂肪酸，其性能较稳定、成型性好、成本低、对材料腐蚀性小，但缺点是导热系数小，对温度变化的响应能力较低且易燃。因此，需要研发一种具有良好阻燃性和隔热性能的建筑隔热材料。
Zhou等制备了一种形状稳定的CaCl2·6H2O/SiO₂气凝胶复合相变材料，并对其进行阶跃冷却试验、热循环测试、SEM分析、EDS分析、氮气吸附解吸试验、XRD分析、傅里叶红外分析、相变温度和相变焓的测试、隔热性能和过冷度的测试。
由SrCl2·6H2O改性（改善过冷度）的六水氯化钙复合气凝胶材料，通过加入SiO₂气凝胶改善了水合盐的易泄露、过冷度大等问题，复合材料相变温度和相变焓适宜，材料主要为介孔结构，利于保温隔热，六水氯化钙均匀填充在气凝胶的表面和孔隙中，复合过程均为物理变化。
Lao等以十二水合磷酸氢钠为相变材料，九水合硅酸钠为成核剂，SiO₂气凝胶为载体制备了一种复合相变材料CPCM，SiO₂气凝胶含量为25%时，复合材料具有最适宜的相变温度、最高的相变焓以及最低的过冷度，且热稳定性较好。
文章节选自：林嘉洲,王继梅,左彦峰,.硅基气凝胶的制备与改性处理及应用研究进展【J】.新型建筑材料,2025,(09):82-88.