為何這種與鋼鐵相比看似脆弱的材料卻有著防爆減震的功能，玻璃纖維和碳纖維增強(qiáng)的氣凝膠材料屬于多孔材料， 其顯著特征在于內(nèi)部存在大量孔隙, 在沖擊波作用下材料先被壓縮致密。泡沫材料變形般經(jīng)歷三個(gè)階段: 彈性段、屈服段、壓實(shí)段。先孔壁發(fā)生彈性變形, 部分沖擊能量轉(zhuǎn)變?yōu)閺椥阅? 同時(shí)氣隙被熱壓縮并吸收部分能量; 繼而孔壁發(fā)生塑性塌縮或脆性破碎, 將部分沖擊能量轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄阅? 氣隙熱壓縮過程基本結(jié)束， 隨后被逐漸壓實(shí)直至接近密實(shí)材料。旦多孔材料被完全致密, 沖擊波在其中的傳播行為與相應(yīng)密實(shí)材料基本相同。這時(shí)氣凝膠膠體粒子高速碰撞, 膠體粒子之間的碰撞力增大, 也導(dǎo)致氣凝膠結(jié)構(gòu)破壞。 孔壁受到的橫向張應(yīng)力升高和膠體粒子之間高速碰撞共同作用, 導(dǎo)致氣凝膠在動(dòng)態(tài)壓縮過程中出現(xiàn)“粉碎”的現(xiàn)象，表明沖擊波在多孔材料中的傳播衰減效應(yīng)很大程度上取決于致密過程各階段所吸收或耗散的能量。

而這種吸收和消耗爆炸沖擊波能量可由以下原因來解釋：由于氣凝膠中的孔洞為納米級(jí)別，所以氣凝膠的滲透率低。在爆炸高速?zèng)_擊過程中，氣凝膠中的氣體在瞬間難以逸出，氣體分子之間以及氣體分子與孔壁之間發(fā)生劇烈的碰撞。 空氣分子的分子平均自由程( 個(gè)空氣分子與其它空氣分子相繼碰撞兩次之間所走路程的平均值) 為70 nm，實(shí)驗(yàn)使用的氣凝膠的平均孔徑為16.9 nm.由于氣凝膠孔壁與孔內(nèi)空氣分子之間的距離要遠(yuǎn)小于空氣分子平均自由程, 并且氣凝膠的比表面積大， 所以空氣分子與孔壁碰撞的概率要遠(yuǎn)高于與空氣分子相互碰撞的概率。在高速壓縮過程中，空氣分子與孔壁之間的碰撞要比空氣分子之間的高速碰撞更加劇烈。氣體與孔壁碰撞引起的流動(dòng)阻力以及氣孔中空氣分子之間的碰撞阻力會(huì)導(dǎo)致氣孔內(nèi)壓力的增大，納米級(jí)孔洞中的空氣在瞬間難以逸出，導(dǎo)致氣孔內(nèi)壓力增大以及能量消耗。材料變形越快，氣體分子往外逸出越困難，孔洞內(nèi)壓越高，消耗的能量越多。由于氣孔內(nèi)部各個(gè)方向上的應(yīng)力近似相等，所以氣凝膠內(nèi)的氣體將軸向的壓應(yīng)力轉(zhuǎn)化為各個(gè)方向上的應(yīng)力，即氣凝膠內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變。氣凝膠內(nèi)應(yīng)力增大到定程度導(dǎo)致氣凝膠的爆炸并造成能量的損失。材料變形越快，氣孔內(nèi)的壓力越高, 消耗的能量就越多。

在氣凝膠爆炸過程中會(huì)產(chǎn)生纖維拔出和纖維斷裂的現(xiàn)象, 同時(shí)也消耗了大量的能量，纖維對氣凝膠的增韌作用導(dǎo)致氣凝膠的爆炸需要更大的內(nèi)應(yīng)力，從而延緩了氣凝膠的爆炸使氣凝膠在爆炸時(shí)需要消耗更多的能量，這就使爆炸沖擊波的能量被大量消耗從而起到了裝甲防護(hù)作用。

在二氧化硅氣凝膠中沖擊波的強(qiáng)度隨傳播距離的增加呈現(xiàn)指數(shù)衰減的趨勢。沖擊波在二氧化硅氣凝膠中衰減比在泡沫鋁中衰減明顯。由于二氧化硅氣凝膠內(nèi)部特殊的納米多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致沖擊波在二氧化硅氣凝膠中的衰減效果較好。沖擊波在二氧化硅氣凝膠中的傳播速度低，因此沖擊波在二氧化硅氣凝膠中傳播時(shí)卸載波的追趕卸載效應(yīng)非常明顯，這又進(jìn)步有利于了沖擊波的衰減。氣凝膠防爆性能及其應(yīng)用。

氣凝膠