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邹小姐(jie)：13326633089 -
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说起气凝胶，想必大家已经(jing)不陌生(sheng)了，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(bi)于普(pu)通多孔材料，气凝胶有一(yi)个(ge)重(zhong)要(yao)的特点：其骨架在纳米(mi)尺度。因此，当(dang)可见光穿过时(shi)散(san)射较小，看上去像“冻住的烟”。
轻(qing)如无物的气凝胶
气凝(ning)胶的分类
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无机气(qi)凝胶 |
有机气凝胶 |
混合(he)气(qi)凝胶 |
复合气凝胶 |
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氧化(hua)(hua)物、氟化(hua)(hua)物、碳化(hua)(hua)物、混合氧化(hua)(hua)物 |
醛(quan)系、脲(niao)衍生物、聚合物 |
有机+无机 |
纤维增强气凝胶其他(ta)复合气凝胶 |
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SiO2 （应(ying)用最(zui)广）、ZrO2、Al2O3 气凝(ning)(ning)胶，炭气凝(ning)(ning)胶与(yu)碳化物气凝(ning)(ning)胶， 纤维/二氧(yang)化硅气凝胶 |
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气凝(ning)胶在世界范(fan)围(wei)内起步很早，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，他预(yu)言气凝胶在催化(hua)、隔热(re)、玻璃和陶瓷等领域有极大的应用价值。
气凝胶的超强(qiang)隔热性能
但在其后几十(shi)年(nian)的(de)(de)发展里，气凝胶的(de)(de)产业(ye)化几经波折，已经历(li)了三次产业(ye)化，目前正在第(di)四次产业(ye)化的(de)(de)迅(xun)速发展中。在这期间，扩展了新的(de)(de)技术方向与应用市场，诞(dan)生了真正将气凝胶商业(ye)化运作的(de)(de)著名公司(si)。
气凝胶产业化(hua)发展历程
国内最早于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(chang)压干燥(zao)技术(shu)的(de)对比(bi)
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干燥技术 |
超临界(jie)干燥 |
常压干(gan)燥(zao) |
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设(she)备投(tou)入 |
常(chang)要高压釜，一般(ban)工作压力高达7~20MPa，属于特种设备中的压力容器(qi),设备系统较为复(fu)杂(za)，运(yun)行(xing)和维护成本也较高 |
采(cai)用(yong)常(chang)规的常(chang)压(ya)设备,设备投(tou)入低,设备系(xi)统也(ye)较为简单 |
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生产成本 |
硅源:采用有机硅源,价格较为昂贵(gui)，但是纯度高,工艺适应性好；设备投(tou)入：较高； 能耗方面：干燥(zao)系统耗也较高(gao),蒸(zheng)汽(qi)消耗方面两者差别不大。 |
硅源:可采用(yong)水玻璃，价(jia)格低廉,但是(shi)杂质较多，去除(chu)杂质的工艺较为繁琐(suo)； 设(she)备投入：较低(di)； 能耗方面:干燥(zao)系统耗电较低 |
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产品性能 |
产品(pin)没(mei)有(you)任何显著或实质(zhi)意(yi)义的区别(bie),在非二氧化(hua)硅(gui)气凝(ning)胶(jiao)制备方(fang)面(mian)，超临界干燥工(gong)艺要成(cheng)熟很多，不过还没(mei)有(you)量产的报道。 |
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技术门槛 |
超临界干燥(zao)技(ji)术的(de)生产效率、安(an)全性，乃至工艺变更都对(dui)设备系统有(you)较高依赖度，如果设备厂家提(ti)供设备系统较为成(cheng)热可靠,进(jin)入技(ji)术门槛相对(dui)较低 |
常压干燥(zao)技(ji)(ji)术(shu)(shu)设(she)备的投(tou)资(zi)门(men)槛(jian)较低，但是技(ji)(ji)术(shu)(shu)门(men)槛(jian)却较高(gao)(gao)(gao),对配(pei)方的设(she)计和流程组合优化(hua)有较高(gao)(gao)(gao)要求，如果(guo)技(ji)(ji)术(shu)(shu)不过(guo)关(guan),不仅(jin)生产成本(ben)可能高(gao)(gao)(gao)于(yu)超临界，甚至于(yu)性(xing)能指标(biao)也(ye)不能达到要求 |
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拓(tuo)展空间 |
采(cai)用(yong)超临界(jie)干燥技术的设(she)备设(she)备投(tou)入(ru)(ru)将高达数十(shi)亿，前期投(tou)入(ru)(ru)过大，一(yi)般企业很难维持。 |
随(sui)着(zhe)规模扩大，投入产(chan)出(chu)比会进一步提(ti)高，可以较少投资获得较大生产(chan)规模，因而更能适(shi)应(ying)未来大生产(chan)的需要(yao)。 |
但国内的气(qi)凝胶(jiao)自主(zhu)创新之(zhi)路经历了不少坎坷，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。
此次调查事(shi)件引起(qi)了国(guo)内(nei)气凝(ning)胶(jiao)(jiao)行业及科研人员对(dui)气凝(ning)胶(jiao)(jiao)专利产(chan)权(quan)的(de)高度重视，气凝(ning)胶(jiao)(jiao)专利申请中新增的(de)申请人数量逐年快速增加，目(mu)前(qian)主(zhu)要集中在(zai)气凝(ning)胶(jiao)(jiao)制备工艺及设备上，这也是气凝(ning)胶(jiao)(jiao)产(chan)业化的(de)需要重点突破的(de)方(fang)向，表明国(guo)内(nei)已经有(you)大批企业和研发机构涌入这一领域。
国家高度重视气凝胶的推广应(ying)用(yong)，将(jiang)其列入(ru)战略性新兴产业，相(xiang)关政策逐步完善。气凝胶的应(ying)用(yong)极为(wei)广泛，一般用(yong)于绝热、隔热材(cai)料(liao)，隔音材(cai)料(liao)，催化(hua)剂(ji)，吸(xi)附(fu)剂(ji)；在新能源方面(mian)，例如新型电池、储氢材(cai)料(liao)也(ye)有(you)所应(ying)用(yong)。
据中国石油管道科(ke)技(ji)研(yan)究(jiu)中心评估(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。
气凝(ning)胶的应用
中国二氧(yang)化硅气凝胶市场规模(mo)
国(guo)内自主(zhu)崛起，技术逐步成(cheng)熟，产能快速(su)扩张，现今国(guo)内已涌(yong)现了一批包括埃力(li)生高(gao)新科技有(you)限(xian)公(gong)司(si)(si)、中国(guo)化(hua)学华陆科技有(you)限(xian)公(gong)司(si)(si)、爱彼爱和(he)新材料有(you)限(xian)公(gong)司(si)(si)等可规模化(hua)生产气凝胶(jiao)(jiao)及气凝胶(jiao)(jiao)复合材料的(de)有(you)实力(li)的(de)企业，现阶段我(wo)国(guo)气凝胶(jiao)(jiao)产品下游主(zhu)要集中在(zai)油、气、工业管道保温等领(ling)域(yu)，但发展潜力(li)巨大，在(zai)尖(jian)端(duan)研究领(ling)域(yu)如航空航天、医药等方面已颇具成(cheng)果，只待产业结构优化(hua)，早日让我(wo)国(guo)气凝胶(jiao)(jiao)产业步入新的(de)阶段。
参(can)考来源：
1.“胶黏(nian)剂(ji)在线”微信公众(zhong)号(hao)文章(zhang)：《气(qi)凝胶，一个百亿(yi)美元空间的新材料赛道》；
2.中(zhong)国科学院官网科普文章：《世界上最轻的固体——气凝胶》；
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粉体(ti)圈 小吉
