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邹小姐：13326633089 -
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说起气凝胶，想必大家已(yi)经不(bu)陌生了(le)，它号称是“世界上最轻的固体”，因为质量轻、隔热强、承受力大，被广泛应用于各行各业，甚至我们刚刚送上火星的“祝融号”，里面就有它的贡献。被包裹在表面的一层气凝胶，对载荷负担极低，能保护火星车承受进入火星大气层达到1200℃的高温冲击，同时减缓震动完美着陆。
相比于普通多孔材料(liao)，气凝胶有一个重要的特点：其骨架在纳(na)米尺(chi)度。因此(ci)，当可见光穿过(guo)时散射较小，看上去像“冻住的烟”。
轻如无物(wu)的气凝胶
气(qi)凝胶的分类(lei)
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无(wu)机气凝胶(jiao) |
有机气凝(ning)胶 |
混合气凝胶 |
复合气凝胶 |
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氧化物(wu)、氟化物(wu)、碳化物(wu)、混合氧化物(wu) |
醛系、脲衍生物(wu)、聚合(he)物(wu) |
有机+无机 |
纤维(wei)增强气凝(ning)胶其他复(fu)合(he)气凝(ning)胶 |
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SiO2 （应(ying)用最广）、ZrO2、Al2O3 气(qi)凝(ning)胶(jiao)(jiao)(jiao)，炭气(qi)凝(ning)胶(jiao)(jiao)(jiao)与碳(tan)化物气(qi)凝(ning)胶(jiao)(jiao)(jiao)， 纤维/二氧(yang)化硅气凝胶(jiao) |
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气凝胶在(zai)世界范围内起步(bu)很早，可追溯到1931年，当时美国斯坦福大学的Samuel Stephens. Kistler提出要证明一种具有相同尺寸的连续网络结构的固体“凝胶”，是从湿凝胶中驱除液体而不破坏固体形状。按照通常的技术路线，很难做到这一点，一旦让湿凝胶干燥，凝胶将会收缩，这种收缩经常是伴随着凝胶的严重破裂。Kistler采用乙醇超临界干燥技术，制备出世界上第一块气凝胶——SiO2气凝胶(jiao)，他预言气凝胶(jiao)在催化、隔热、玻(bo)璃和陶瓷等领域(yu)有(you)极大的应用价(jia)值。
气凝胶的超强隔热性能
但在(zai)其后几(ji)十年(nian)的(de)发(fa)展(zhan)里(li)，气凝胶的(de)产(chan)业(ye)化(hua)几(ji)经(jing)波折，已经(jing)历了(le)三次(ci)产(chan)业(ye)化(hua)，目(mu)前(qian)正(zheng)在(zai)第四(si)次(ci)产(chan)业(ye)化(hua)的(de)迅速发(fa)展(zhan)中。在(zai)这(zhei)期(qi)间，扩展(zhan)了(le)新的(de)技(ji)术方(fang)向与应用市场(chang)，诞(dan)生了(le)真正(zheng)将气凝胶商业(ye)化(hua)运(yun)作的(de)著名公司。
气凝胶产业(ye)化发展历程
国(guo)内最早(zao)于1955年，由同济大学波尔固体物理研究所对气凝胶展开研究。随后，清华大学、东华大学等高校也涉足过这个领域。中国技术工作者在常压干燥领域投入精力较多，到2004年，国内开始出现从事气凝胶材料产业化研究的企业，逐步推动气凝胶市场的成熟化、规模化，扩展和开发新兴应用领域，成为气凝胶第四次产业化的主力军。
超(chao)临界(jie)与常压干燥(zao)技术的(de)对比
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干燥技术(shu) |
超临界(jie)干(gan)燥 |
常压干燥 |
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设备投入 |
常要高压(ya)釜，一般(ban)工作压(ya)力高达7~20MPa，属(shu)于特种设备中的压(ya)力容(rong)器(qi),设备系统(tong)较为复(fu)杂，运行和(he)维护成本也(ye)较高 |
采用常规的常压设备(bei)(bei),设备(bei)(bei)投入低,设备(bei)(bei)系统也较为简单 |
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生产成(cheng)本 |
硅(gui)(gui)源:采用有(you)机硅(gui)(gui)源,价格较为昂贵，但是纯(chun)度高(gao),工艺适应性(xing)好；设备投入：较高(gao)； 能耗方面：干燥系统耗也较高,蒸汽消耗方面两者差别不大。 |
硅(gui)源:可采用水玻璃，价(jia)格低廉(lian),但是(shi)杂(za)质较多，去除杂(za)质的工艺(yi)较为繁琐(suo)； 设备投入(ru)：较低(di)； 能(neng)耗(hao)方面:干(gan)燥系统耗(hao)电较低 |
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产(chan)品性能 |
产品没(mei)(mei)有任何显(xian)著或实质意义的(de)区别(bie),在非二氧化(hua)硅气凝(ning)胶制备方(fang)面，超临界干燥工艺要成熟很多，不(bu)过(guo)还没(mei)(mei)有量(liang)产的(de)报道。 |
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技术门槛(jian) |
超临界干(gan)燥技术的生产效率、安全性(xing)，乃(nai)至工艺(yi)变更都对(dui)(dui)设(she)(she)备(bei)系统有较(jiao)(jiao)高依赖度，如(ru)果设(she)(she)备(bei)厂(chang)家提(ti)供设(she)(she)备(bei)系统较(jiao)(jiao)为(wei)成热(re)可(ke)靠(kao),进入技术门槛相对(dui)(dui)较(jiao)(jiao)低 |
常压干燥技术(shu)设备(bei)的投资(zi)门(men)槛(jian)(jian)较低，但是(shi)技术(shu)门(men)槛(jian)(jian)却较高,对配方(fang)的设计和流(liu)程组合优化(hua)有较高要(yao)求(qiu)，如果技术(shu)不(bu)过关,不(bu)仅生产成本可(ke)能高于超(chao)临界(jie)，甚(shen)至于性能指(zhi)标(biao)也不(bu)能达到要(yao)求(qiu) |
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拓展空(kong)间 |
采用超临(lin)界干燥技(ji)术的设(she)备(bei)(bei)设(she)备(bei)(bei)投(tou)入(ru)将(jiang)高达数十亿(yi)，前期(qi)投(tou)入(ru)过大，一般(ban)企业很(hen)难维持。 |
随着(zhe)规(gui)模扩大(da)，投入产出比会进一步提(ti)高(gao)，可以(yi)较少投资获得较大(da)生(sheng)产规(gui)模，因而(er)更能(neng)适(shi)应未来(lai)大(da)生(sheng)产的需要。 |
但国内的气凝胶(jiao)自主(zhu)创新之路经历(li)了不少坎坷，2018年，美国国际贸易委员会（ITC）对美国阿斯彭气凝胶股份有限公司（Aspen Aerogels）提出的气凝胶隔热复合材料及其制造工艺侵权申诉做出调查仲裁：裁定两家中国公司存在侵犯知识产权的行为。
此次(ci)调(diao)查事件引起(qi)了国(guo)内(nei)气(qi)(qi)凝(ning)胶行业(ye)及科研人员对气(qi)(qi)凝(ning)胶专利产权的(de)高度重(zhong)视(shi)，气(qi)(qi)凝(ning)胶专利申请(qing)中新增的(de)申请(qing)人数量逐年快速增加，目(mu)前主要(yao)集中在气(qi)(qi)凝(ning)胶制备工艺及设备上，这(zhei)也是(shi)气(qi)(qi)凝(ning)胶产业(ye)化的(de)需要(yao)重(zhong)点突破的(de)方向，表明(ming)国(guo)内(nei)已经有(you)大批企业(ye)和研发机构(gou)涌(yong)入这(zhei)一领域。
国家高度重视气(qi)凝胶(jiao)的(de)推广应用(yong)，将其列入战略(lve)性新(xin)兴产业，相(xiang)关政策逐步完善。气(qi)凝胶(jiao)的(de)应用(yong)极(ji)为(wei)广泛，一般用(yong)于绝热、隔(ge)热材(cai)料(liao)，隔(ge)音材(cai)料(liao)，催化剂(ji)(ji)，吸附(fu)剂(ji)(ji)；在新(xin)能源方面，例如新(xin)型电(dian)池、储氢材(cai)料(liao)也有所应用(yong)。
据(ju)中(zhong)国石油管道(dao)科(ke)技研究(jiu)中(zhong)心评估(gu)，以350℃蒸汽管道的保温应用为例，相比于传统保温材料，气凝胶的保温厚度减少2/3，节约能耗40%以上，每公里管道每年可减少二氧化碳排放125吨。
气(qi)凝(ning)胶的应用
中(zhong)国二氧化硅气凝胶市场(chang)规模
国内自(zi)主(zhu)(zhu)崛起(qi)，技(ji)术逐步成熟(shu)，产(chan)能快(kuai)速扩张，现(xian)(xian)今(jin)国内已涌现(xian)(xian)了一(yi)批包括埃力(li)(li)(li)生高新(xin)(xin)科技(ji)有(you)限(xian)(xian)公(gong)(gong)司、中国化学华陆科技(ji)有(you)限(xian)(xian)公(gong)(gong)司、爱彼爱和(he)新(xin)(xin)材料有(you)限(xian)(xian)公(gong)(gong)司等可规模化生产(chan)气(qi)凝(ning)胶(jiao)(jiao)及气(qi)凝(ning)胶(jiao)(jiao)复(fu)合材料的(de)(de)有(you)实力(li)(li)(li)的(de)(de)企业(ye)，现(xian)(xian)阶段我国气(qi)凝(ning)胶(jiao)(jiao)产(chan)品(pin)下游主(zhu)(zhu)要(yao)集(ji)中在油(you)、气(qi)、工业(ye)管道保温等领域，但发展潜力(li)(li)(li)巨大，在尖端(duan)研究领域如航空航天(tian)、医药等方(fang)面已颇具成果，只待产(chan)业(ye)结构优化，早(zao)日让我国气(qi)凝(ning)胶(jiao)(jiao)产(chan)业(ye)步入新(xin)(xin)的(de)(de)阶段。
参考来(lai)源：
1.“胶黏剂(ji)在线”微信公众号(hao)文章：《气凝胶，一个百(bai)亿美元空间的新材料赛道》；
2.中国科学院(yuan)官网科普(pu)文章(zhang)：《世界(jie)上(shang)最轻(qing)的固体——气(qi)凝(ning)胶》；
3.
粉体(ti)(ti)圈 小吉
