气凝胶是一种固体物质形态，是世界上已知密度最小的固体之一。密度为3千克每立方米。气凝胶按种类可分，硅系，碳系，硫系，金属氧化物系，金属系等。气凝胶aerogel是个组合词，aero是形容词，意思是飞行的，gel是凝胶。字面意思是可以飞行的凝胶。任何物质的gel只要可以经干燥后除去内部溶剂后，又可基本保持其形状不变，且产物高孔隙率、低密度，则皆可以称之为气凝胶。
1. ）硅气凝胶
硅气凝胶细小的纳米网络结构能有效地限制了热量的传播，其固态热导率比相应的玻璃态材料低2—3个数量级。纳米微孔洞抑制了气体分子的热传导。硅气凝胶的折射率接近1，而且对红外线和可见光的湮灭系数之比达100以上，能有效地透过太阳光，并阻止环境温度的红外热辐射，成为一种理想的透明隔热材料，目前在太阳能和建筑物节能方面已经得到成功的应用。通过后续工艺方法，可进一步降低硅气凝胶的辐射热传导，常温常压下气凝胶的热导率可低达0．013w/m·K，是目前热导率最低的固态材料，可替代聚氨脂泡沫成为新型冰箱隔热材料。掺入二氧化钛可使硅气凝胶成为新型高温隔热材料，800K时的热导率仅为0．03w/m·K，作为军品配套新材料将得到进一步发展。
另外硅气凝胶还具有低声速特性，它还是一种理想的声学延迟或高温隔音材料。该材料的声阻抗可变范围较大(103—107 kg/m2·s)，是一种理想的超声探测器的声阻耦合材料，如常用声阻匝Zp=1．5×l07 kg/m2·s的压电陶瓷作为超声波的发生器和探测器，而空气的声阻只有400 kg/m2·s。用厚度为1/4波长的硅气凝胶作为压电陶瓷与空气的声阻耦合材料．可提高声波的传输效率，降低器件应用中的信噪比。初步实验结果表明，密度在300 kg/m3左右的硅气凝胶作为耦合材料，能使声强提高30 dB，如果采用具有密度梯度的硅气凝胶，可望得到更高的声强增益。
2. ）全碳气凝胶
炭气凝胶(carbon aerogel)是一种轻质、多孔、非晶态、块体纳米炭材料，其连续的三维网络结构可在纳米尺度控制和剪裁。它是一种新型的气凝胶，孔隙率高达80～98%，典型的孔隙尺寸小于50nm，网络胶体颗粒直径3~20nm， 比表面积高达600~1100m2/g。
炭气凝胶与传统的无机气凝胶(如硅气凝胶)相比，炭气凝胶具有许多优异的性能和更加广阔的应用前景。炭气凝胶具有导电性好、比表面积大、密度变化范围广等特点，是制备双电层电容器理想的电极材料。炭气凝胶是唯一具有导电性的气凝胶，可用于超级电容器的电板材料。有机气凝胶及炭气凝胶具有生物机体相容性，使得其可用于制造人造生物组织、人造器官及器官组件、医用诊断剂及胃肠外给药体系的药物载体。由于炭气凝胶的组成元素(碳)原子序数低，因而用于Cerenkov探测器时优于硅气凝胶材料。
炭气凝胶的制备一般可分为三个步骤：即形成有机凝胶、超临界干燥和炭化。其中有机凝胶的形成可得到具有三维空间网络状的结构凝胶；超临界干燥可以维持凝胶的织构而把孔隙内的溶剂脱除；炭化使得凝胶织构强化，增加了机械性能，并保持有机凝胶织构。
中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员张学同带领的气凝胶团队与英国伦敦大学学院教授宋文辉及中国科学技术大学教授闫立峰等合作，以平均直径达到220纳米的导电高分子（聚苯胺聚吡咯共聚物）空心球为前驱体，以氧化石墨烯为交联剂，先后通过溶胶-凝胶工艺、超临界流体萃取工艺、高温热处理工艺等关键步骤（图1），成功获得了一种新型的全碳气凝胶，即石墨烯交联的碳空心球气凝胶（图2）。交联剂石墨烯的存在，把球与球之间的点对点接触巧妙转化为点对面接触，因而提高了最终气凝胶的力学性能；空心球结构的使用，以及在亚微米级空心球壳层上造出的大量微孔，保证了获得的最终气凝胶具有大的比表面积；而前驱体导电高分子的选择，使得最终的全碳气凝胶实现了氮元素的掺杂。
研究获得的石墨烯交联的碳空心球气凝胶具有低密度（(51-67mg/cm3)、高导电性（263-695S/m）、高比表面积（569-609m2/g）、高杨氏模量（1.8MPa）等诸多优点，有望在能源（捕获、存储、转换）、传感、催化、吸附、分离、功能复合材料等领域得到广泛应用。例如，将石墨烯交联的碳空心球气凝胶作为电极材料应用在U-型热电化学池上，电池的输出功率高达1.05 W·m-2 (6.4 W·Kg-1)，其相对卡诺循环的能量转化效率高达1.4%，这些数值远高于目前同类型器件的数值。
该工作为大尺寸粒子组装成气凝胶提供了很好的设计思路，解决了由亚微米结构单元制备功能性气凝胶的技术难题。
图1 石墨烯交联的碳空心球气凝胶制备工艺路线示意图，图2 石墨烯交联的碳空心球气凝胶：（a）花瓣上的气凝胶；(b)气凝胶的扫描电子显微镜照片；(c)气凝胶的透射电子显微镜照片；（d）气凝胶的氮气吸脱附曲线。