Аэроге́ли (от аэро... и гели), уникальные сверхлёгкие материалы, для которых характерна высокая пористость, большая величина удельной поверхности, низкая плотность и низкая теплопроводность.

В научном сообществе не существует единого мнения о формулировке понятия «аэрогель», что обусловлено большим разнообразием материалов подобного типа. Согласно определению Международного союза теоретической и прикладной химии (ИЮПАК), аэрогель – это коллоидная система, «состоящая из дисперсионной среды – микропористого твёрдого вещества, в котором дисперсная фаза представляет собой газ». По определению исследователя С. Киcтлера, в 1931 г. получившего аэрогели, аэрогель – это гель, в котором «жидкость замещена воздухом с минимальной усадкой твёрдой сетки» (Kistler S. S. Coherent expanded aerogels and jellies // Nature. 1931. Vol. 127. P. 741). Всё чаще аэрогели определяют как материалы со специальной структурой и характеристиками, при этом на методе их получения акцента не делают. Иногда выделяют аэрогели и аэрогелеподобные материалы. Классическим примером аэрогеля принято считать материал, полученный по золь-гель технологии и высушенный в сверхкритических условиях. Помимо сверхкритической сушки известно два способа перевода жидкости, содержащейся в порах лиогеля («мокрого» геля), в газовую фазу: криосушка и сушка при атмосферном давлении. В результате образуются криогель и ксерогель (или амбигель) соответственно. Такое разделение условно, поскольку получаемые материалы по совокупности характеристик могут быть близки классическим аэрогелям.

Для проведения сверхкритической сушки жидкость в исходном лиогеле заменяют растворителем, критическая точка которого находится в умеренном диапазоне температур и давления, чтобы сетка геля в процессе сушки не разрушалась. Жидкость в порах лиогелей имеет сложный состав и содержит воду, продукты гидролиза (спирты), мономеры, олигомеры и т. д., поэтому перед сушкой в сверхкритических условиях жидкость в порах заменяют на чистый растворитель. Для сверхкритической сушки наиболее часто используют органические растворители и СО₂. При сушке с применением сверхкритического СО₂ добавляется ещё одна стадия, которая заключается в замене исходного растворителя на жидкий СО₂. В процессе сушки повышение температуры и давления выше критической точки приводит к переходу от жидкой фазы к сверхкритической жидкости без пересечения фазовой границы. Это очень важно для сохранения сетки геля, потому что при этом не возникают капиллярные или кристаллизационные силы. Давление уменьшают при поддержании постоянной температуры, и сверхкритический флюид превращается в газ без пересечения границы раздела фаз. Жидкость в трёхмерной сетке оказывается полностью заменена газом, и получается аэрогель.

Первыми аэрогелями являлись материалы на основе диоксида кремния. В способе, основанном на золь-гель технологии, впервые использованном С. Кистлером, был использован силикат натрия, который вступал в реакцию с соляной кислотой. Побочным продуктом такого подхода являлся хлорид натрия, от которого приходилось промывать гель продолжительное время. Модификация такого подхода за счёт использования алкоксидов в качестве прекурсоров, а также органических растворителей при синтезе лиогелей, позволила значительно упростить методику получения аэрогелей.

В 2004 г. С. Брок с коллегами показали, что для получения лиогелей необязательно использовать непрерывную золь-гель технологию, а можно разделить этап получения золя и этап получения из него лиогеля за счёт применения дестабилизирующих факторов (изменение pH, ионной силы или полярности растворителя, а также нагревание, замораживание, облучение и т. д.) (Mohanan J. L. A new addition to the aerogel community: unsupported CdS aerogels with tunable optical properties / J. L. Mohanan, S. L. Brock // Journal of non-crystalline solids. 2004. Vol. 350. P. 1–8). Использование такого подхода позволило контролировать микроструктуру получаемых продуктов, значительно расширило класс прекурсоров, из которых могут быть получены аэрогелеподобные материалы, и, как следствие, разнообразило их свойства. В качестве строительных блоков подобных аэрогелей рассматривают халькогенидные, металлические, оксидные наночастицы, анизотропные наноструктуры, в том числе углеродные нанотрубки. Так был создан аэрографен – ультралёгкий материал на основе графена и углеродных нанотрубок с рекордно низкой плотностью 0,16 мг/см³ (Haiyan Sun. Multifunctional, ultra-flyweight, synergistically assembled carbon aerogels / Haiyan Sun, Zhen Xu, Chao Gao // Advanced materials. 2013. Vol. 25, № 18. P. 2554–2560). Помимо способов синтеза аэрогелей с использованием коллоидных растворов известны методы получения пористых монолитов (называемых некоторыми исследователями аэрогелями) на основе металлооксидов с применением «жидко-металлической» технологии синтеза. Принцип данного метода заключается в селективном окислении одного металла в жидком сплаве с другим металлом в присутствии воды.

Кроме неорганических соединений для создания аэрогелей могут быть использованы различные полимеры. К 2022 г. в мире создан существенный задел в области создания материалов на основе полимерных аэрогелей, получены высокопористые синтетические полимеры, включая феноло- и меламино-формальдегидные смолы, полиакриламиды, полиакрилонитрилы, полиакрилаты, а также биогенные – целлюлозу, агарозу, хитозан.

Аэрогели характеризуются чрезвычайно низкой плотностью (свыше 95 % их объёма занимает воздух), большими открытыми порами, высокой внутренней площадью поверхности. Такие характеристики обусловливают уникальные физические свойства аэрогелей, например чрезвычайно низкую теплопроводность и низкую скорость распространения звука в сочетании с высокой оптической прозрачностью.

Благодаря особенностям своего строения и разнообразному составу аэрогели находят широкое применение в качестве тепло- и звукоизоляторов, катализаторов и носителей катализаторов, адсорбентов, газовых фильтров, химических сенсоров и др. Для придания особых свойств (например, люминесцентных, магнитных, гидрофобных) аэрогели дополнительно могут быть функционализированы различными модификаторами.