1 氧化硅凝胶微球的制备方法
1.1 溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶法是制备气凝胶微球的一种常用方法。该方法通过将无机盐或金属醇盐溶液进行水解和缩聚反应，形成溶胶。溶胶经过陈化、干燥（通常需要超临界干燥以保持其纳米多孔结构）和热处理过程，使溶胶凝胶化，最终制备出气凝胶微球。
溶胶-凝胶法制备的气凝胶微球具有较高的比表面积和孔隙率，且孔径可调。这种方法在控制气凝胶微球的孔径和表面性质方面具有优势，适用于需要精确控制微球结构的场景。
1.2 乳液法
乳液法是另一种常用的制备气凝胶微球的方法。该方法通过将两种互不相溶的溶剂（通常是水和油相）混合，在表面活性剂作用下形成油包水(W/O)或水包油(O/W)型乳液，将硅源（如硅溶胶或硅烷前驱体）加入其中，通过溶胶-凝胶过程在乳液液滴内部进行反应，最后经过热处理得到气凝胶微球。
乳液法制备的气凝胶微球通常具有较高的强度和较好的弹性，适用于需要气凝胶微球具有较好机械性能的应用场景。
1.3 模板法
模板法利用多孔模板剂（如聚合物微球、气泡、介孔二氧化硅等）作为模板，通过物理（如浸渍）或化学方法（如原位合成）将前驱体填充到模板孔洞中或在模板表面反应，再经过去除模板、干燥和热处理得到气凝胶微球。
该方法制备的气凝胶微球具有较高的形状可控性和结构多样性（如空心、核壳、有序大孔等），适用于需要特定形状和结构的气凝胶微球的场景。模板法的优点在于可以精确地控制气凝胶微球的形貌和结构，但制备过程相对复杂。
1.4 相分离法
相分离法是一种通过控制硅溶胶或硅前驱体溶液的pH值、温度、浓度或添加非溶剂等条件，使溶液发生液-液相或固-液相分离，从而固化并形成气凝胶微球网络结构的方法。
这种方法相对简单，但制备出的气凝胶微球的最终结构和性能可能受到初始溶液条件及相分离动力学的影响较大。
1.5 化学气相沉积法
化学气相沉积法通常是通过气态前驱体（如硅烷、硅氧烷）在特定条件下（如高温、等离子体）发生化学反应，生成的纳米颗粒或团簇在气相中或基底上聚集、沉积并形成多孔结构，从而制备气凝胶微球或薄膜/块体。
这种方法在制备具有特殊形貌和结构（如超疏水涂层、特定组分复合）的气凝胶微球方面具有优势，但设备要求较高，制备成本也相对较高。
2 气凝胶微球的应用
2.1 隔热保温材料
气凝胶微球因其超低的热导率（通常在0.01-0.03 W/(m·K)范围内）成为出色的隔热材料。在建筑领域，它们可以掺入涂料、砂浆或制成保温板用于墙体、屋顶和窗户的隔热层，有效减少能源消耗。在航空航天领域，气凝胶微球也被用于制造轻质且高效的隔热部件，如太空服、热防护系统等。在石油化工领域，用于高温管道和设备的保温。
2.2 吸附与分离
气凝胶微球的超高比表面积（可达500-1000 m²/g甚至更高）和丰富的分级孔隙结构（包含微孔、介孔甚至大孔）使其具有强大的吸附能力和选择性。它们可以用于吸附和去除空气或水中的有害物质，如挥发性有机化合物(VOCs)、重金属离子、细菌、染料、油污等。此外，在化学工业中，气凝胶微球还可用于色谱分离、分子筛分和纯化气体或液体混合物（如CO₂捕集、氢气纯化）。
2.3 催化剂载体
气凝胶微球开放互联的多孔结构提供了巨大的比表面积和大量的催化活性位点，使其成为理想的催化剂载体。通过将金属纳米颗粒、金属氧化物或酶等催化剂均匀负载在气凝胶微球上，可以提高催化剂的分散性、传质效率和稳定性，从而增强催化效率。这种复合材料在化学反应（如加氢、氧化、重整）、环境净化（如光催化降解污染物、汽车尾气处理）和能源转换（如电解水、燃料电池反应）等领域具有广泛应用。
2.4 生物医学
气凝胶微球在生物医学领域也具有显著潜力。它们良好的生物相容性（尤其是硅基）、可降解性和高度可调的孔径/表面化学性质使其可用作药物递送系统，通过控制微球的孔径和表面性质来实现多种药物的高效装载、缓释和靶向输送。此外，气凝胶微球巨大的孔隙率和三维网络结构还可以用于组织工程，作为细胞黏附、增殖和培养的支架材料，促进细胞的生长和分化，尤其适用于骨组织修复和再生。
2.5 能源存储与转换
气凝胶微球在能源领域的应用也日益受到关注。它们独特的导电/离子导电网络（尤其是碳基或复合气凝胶微球）可以用于制备超级电容器、锂离子电池、锂硫电池、钠离子电池等储能器件的高性能电极材料，提高充放电速率、能量密度和循环稳定性。同时，气凝胶微球的多孔结构有利于反应物传输，可用于燃料电池（如催化剂载体层、气体扩散层）和太阳能电池（如染料敏化太阳能电池的散射层或钙钛矿太阳能电池的电子传输层）等能源转换器件中，提高转换效率。
2.6 声学材料
气凝胶微球的纳米级孔隙和曲折的孔道结构使其具有优异的宽频吸声性能（尤其在中高频段）和较低的声速。它们可以用作高效的声学材料，用于降噪和声音隔离。在交通工具（汽车、飞机、高铁的舱内降噪）、音响设备（扬声器箱体填充）和建筑（吸音板、隔音墙）等领域都有重要的应用价值。
2.7 光学材料
某些透明或半透明气凝胶微球（如高纯度氧化硅）具有特殊的光学性质，如高光学透明性、折射率可调性、低光散射等。它们可以用于制备特殊光学器件、光波导和光子晶体等，在光学通信、光学传感、显示技术、光学成像以及高效隔热透明窗体等领域具有应用前景。
来源：微球制备