隔热保温材料分为多孔材料、热反射材料和真空材料三类。前者利用材料本身所含的孔隙隔热，因为空隙内的空气或惰性气体的导热系数很小，如泡沫材料、纤维材料等；热反射材料具有很高的反射系数，能将热量反射出去，如金、银、镍、铝箔或镀金属的聚酯、聚酰亚胺薄膜等；真空材料是利用材料的内部真空阻隔对流来隔热。

在工业设备保温中，过去主要利用隔热保温材料的孔隙隔热。只有航空航天工业由于对所用隔热材料的质量和体积要求较为苛刻，因此除了采用多孔材料隔热外，也常采用热反射材料和真空材料。如人造地球卫星是在高温、低温交变的环境中运动，须使用高反射性能的多层隔热材料，一般是由几十层镀铝薄膜、镀铝聚酯薄膜、镀铝聚酰亚胺薄膜组成。

1.空心陶瓷微珠

传统的隔热保温材料是以提高气相空隙率、降低导热系数和传导系数为主。为此，人们一直在寻求与研究一种能大大提高保温材料隔热反射性能的新型材料。

1976年美国首次发现空心陶瓷微珠这种新型保温材料，它存在于火电厂的灰渣之中。这些微珠占粉煤灰数量的50％～70％。空心陶瓷微珠的化学成分主要是硅和铝的氧化物。它颗粒微小、球形、质轻、中空，具有隔热、电绝缘、耐高温、隔音、耐磨、强度高等特点，价格又低，有着非常广阔的用途。

作为节能材料的空心陶瓷微珠，其密度一般仅为0.5～0.75 g/cm3，耐火度为1500～1730℃，导热系数仅为0.08～0.1 W/（m·K），是一种非常优质的保温材料。例如，电阻炉采用它保温可以节电50％。

20世纪90年代，美国国家航空航天局（NASA）的科研人员为解决航天飞行器传热控制问题，研发了以空心陶瓷微珠为主要成分的新型太空绝热反射瓷层（therma-cover），它具有高反射率、高辐射率、低导热系数、低蓄热系数等热工性能，具有卓越的反射隔热功能。这种高科技材料在国外由航天领域推广应用到民用建筑和工业设施中，并已出口到我国，用于一些大型工业设施中。但美中不足的是，该材料20美元/kg的昂贵售价实在令国内许多行业望物兴叹，难以承受。

为此，国内悄然掀起一股研发隔热保温新材料的热潮，且已研制成功具有高效、薄层、隔热节能、装饰防水一体化的新型太空反射绝热涂料。制造该涂料时选用具有优异耐热、耐候、耐腐蚀和防水性能的硅丙乳液和水性氟碳乳液为成膜物质，采用极细中空陶瓷颗粒为填料，该涂膜对400～1800 nm范围的可见光和近红外区的太阳热进行高反射，同时涂膜中中空陶瓷颗粒组成的微孔层可有效隔绝热能的传递，有效地降低辐射传热和对流传热，从而降低物体表面的热平衡温度，可使屋面温度最高降低20℃，室内温度降低5～10℃。产品绝热等级达到R-33.3，热反射率为89％，导热系数为0.030 W/（m·K）。

2.气凝胶

新型保温材料气凝胶最早应用于美国国家航空航天局研制的太空服隔热衬里上。它具有导热系数小、密度小、柔韧性高、防火防水等特性。其常温导热系数为0.018 W/（m·K），且绝对防水，保温性能是传统材料的3～8倍。现在也已应用于工业设备和建筑领域。

当凝胶脱去大部分溶剂，凝胶中液体含量比固体含量少得多，或凝胶的空间网状结构中充满的介质是气体，外表呈固体状，即为干凝胶，也称为气凝胶。如明胶、阿拉伯胶、硅胶、毛发、指甲等。20世纪90年代中后期普遍接受的气凝胶的定义是：不论采用何种干燥方法，只要是湿凝胶中的液体被气体所取代，同时凝胶的网络结构基本保留不变，这样所得的材料都称为气凝胶。气凝胶的结构特征是拥有高通透性的圆筒形多分支纳米多孔三维网络结构，拥有极高孔洞率、极低密度、高比表面积、超高孔体积率，其体密度在0.003～0.500 g/cm3范围内可调。（空气的密度为0.00129 g/cm3。）

气凝胶为固体物质形态，是世界上密度很小的固体之一。一般常见的气凝胶为硅气凝胶，它最早由美国科学工作者Kistler在1931年因与其友打赌制得。气凝胶的种类很多，有硅系、碳系、硫系、金属氧化物系、金属系等。(www.daowen.com)

因为密度极低（目前最轻的气凝胶仅有0.16 mg/cm3，比空气密度略小），所以气凝胶也被叫做“冻结的烟”或“蓝烟”。由于里面的颗粒非常小（纳米量级），因此可见光经过它时散射较小（瑞利散射），就像阳光经过空气一样。因此，它也和天空一样看着发蓝（如果里面没有掺杂其他东西），如果对着光看则有点发红。（天空是蓝色的，而傍晚的天空是红色的。）由于气凝胶中一般80％以上是空气，所以有非常好的隔热效果，33 cm厚的气凝胶的隔热功能相当于20～30块普通玻璃。气凝胶在航天探测上也有多种用途，在俄罗斯“和平”号空间站和美国“火星探路者”的探测器上都用到这种材料。

美国国家航空航天局喷气推进实验室琼斯博士研制出的新型气凝胶，主要由二氧化硅等组成。在制作过程中，液态硅化合物首先与能快速蒸发的液体溶剂混合，形成凝胶，然后将凝胶放在一种类似加压蒸煮器的仪器中干燥，并经过加热和降压，形成多孔海绵状结构。琼斯博士获得的气凝胶中空气比例最终占到了99.8％。

气凝胶貌似“弱不禁风”，其实非常坚固耐用。它可以承受相当于自身质量几千倍的重压，在温度达到1200℃时才会熔化。此外它的导热性和折射率也很低，绝缘能力比最好的玻璃纤维还要强39倍。由于具备这些特性，气凝胶便成为航天探测中不可替代的材料。

硅气凝胶纤细的纳米网络结构有效地限制了局域热传播，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对热传导的贡献。硅气凝胶的折射率接近1，而且对红外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，在太阳能利用和建筑物节能方面已经得到应用。通过掺杂的手段，可进一步降低硅气凝胶的辐射热传导，常温常压下掺碳气凝胶的热导率可低达0.013 W/（m·K），是目前热导率最低的固态材料，有望替代聚氨酯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，800 K时的热导率仅为0.03 W/（m·K），作为军品配套新材料将得到进一步发展。

此外，硅气凝胶还是一种理想的声学延迟或高温隔音材料。在环境保护及化学工业方面，纳米结构的气凝胶还可作为新型气体过滤器。由于特别大的比表面积，气凝胶在作为新型催化剂或催化剂的载体方面亦有广阔的应用前景。

目前国际上关于气凝胶材料的研究工作主要集中在德国的维尔茨堡大学、BASF公司、美国的劳伦兹·利物莫尔国家实验室、桑迪亚国家实验室，法国的蒙彼利埃材料研究中心，日本高能物理国家实验室等。国内主要集中在同济大学波耳固体物理实验室、国防科技大学、清华大学、浙江大学、哈尔滨工业大学等。

3.耐高温隔热保温涂料

耐高温隔热保温涂料都选用了纳米陶瓷空心微珠、硅铝纤维、各种反射材料为原料，耐温幅度为-80～1800℃，可以直接面对火焰隔热保温，导热系数只有0.03 W/（m·K），能有效抑制并屏蔽红外线的辐射热和热量的传导，隔热抑制效率可达90％左右，可抑制高温物体的热辐射和热量的散失，对低温物体可有效保冷并能抑制环境辐射热而引起的冷量损失，也可以防止物体冷凝的发生，具有良好的抗热辐射、薄层隔热、防水防腐蚀等性能。

耐高温隔热保温涂料首先用于军工部门。目前已转向一般工业及民用隔热保温。该类材料主要有薄层反射隔热涂料、太阳热反射隔热涂料、水性反射隔热涂料、隔热防晒涂料、陶瓷绝热涂料等。制造时主要是采用耐候性好、耐水性强、耐老化性强、有较强黏结力和弹性的，且与保温填料、反射填料相容性好的成膜材料，选择质轻中空、耐高温、热阻大，并具有良好反射性和辐射性的填料。折光系数高、表面光洁度高、热反射率及辐射率高的超细粉料适合作为反射填料，与成膜基料一起构成低辐射传热层，可有效隔断热量的传递。这种薄层反射隔热涂料与多孔材料复合使用，可用于建筑物、车船、石化油罐设备、粮库、冷库、集装箱、管道等不同场所涂装。

新型保温材料的出现，极大地增强隔热保温的效果，促进技术的进步。例如低温保温材料聚氨酯及聚氨酯整体发泡工艺出现后，由于其密度小，导热系数很小，而且整体发泡后可以和内护板及外装置板构成一个整体，不但保冷性能特别好，而且能够提高组件强度，因此极大地促进了冰箱、冷柜、冷库的发展。