什么是气凝胶?

“气凝胶”这个词近年来出现得越来越频繁,特别是在十三五规划中笔墨三章强调新材料战略的作用后,气凝胶作为先进新型材料又一次成为了关注焦点。

据Allied市场研究公司2014年6月发布的报告称,全球气凝胶的市场价值预计到2020年可达18.966亿美元,在预测期内(从2014–2020)的年复合增长率为36.4%。随着气凝胶材料在新的应用领域探索的持续进步,市场预计,随着时间的推移市场增长的动力会进一步增强。

气凝胶的发展

意义何在?

从国家战略层面出发,新材料是带动传统产业升级的革命性力量,是事关国家安全的战略性产业。大力发展国内新材料产业,提升国内新材料产业制造水平,从而不断提高先进高分子材料和特种金属功能材料自给水平。

再对比国内外新材料企业的状况,美国的3M、杜邦、德国的BASF、Bayer、日本的三菱化学占据了国际市场绝大部分份额,其中不乏市值过千亿美金的巨头。反观国内新材料企业,A股市场上的龙头市值也不过数十亿美金。为什么会出现如此大的差距,原因之一是起步时间的差距,而更主要的原因在于在国内,新材料并没有被视作一个长期可持续发展的事业。

因此,如何让新材料恒“新”是一个值得思考的问题。

目前,国内新材料企业想要在短时间内全面、全能地超越国外巨头,并不现实。但在纳米材料等关键性领域,却存在着异军突起的空间和能力。谈完了行业背景和先天下之忧后,我们正式切入主题。

WHAT?

什么是气凝胶?

作为纳米材料界的新星——气凝胶(Aerogel),它到底为何物?

首先,气凝胶不同于我们传统思维中的“胶”,它是一种固体物质形态,密度为3KG/m?3;,因其密度极低,所以也被叫做“冻结的烟”或“蓝烟”,曾获得吉尼斯纪录“世界上最轻的固体”称号。最早是在1931年,由S.Kistler采用超临界干燥方法成功制备出SiO2气凝胶。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,一寸厚的气凝胶相当20至30块普通玻璃的隔热功能。即使把气凝胶放在玫瑰与火焰之间,玫瑰也会丝毫无损。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”的探测器上都有用到这种材料。

关于气凝胶的科普就介绍到这里,只用记住它们明显不同于孔洞结构在微米和毫米量级的多孔材料,其纤细的纳米结构使得材料的热导率极低,具有极大的比表面积。对光、声的散射均比传统的多孔性材料小得多,这些独特的性质不仅使得该材料在基础研究中引起人们兴趣,而且在许多领域蕴藏着广泛的应用景。

HOW?

气凝胶应用制品有哪些?有何用?

前面介绍了气凝胶这一纳米材料的各种特性,那么它究竟可以做成啥?本文希望从客观角度,结合国内外各相关企业、研发机构的进展状况为大家梳理梳理关于气凝胶应用制品的故事。关于气凝胶应用制品,可以分两部分来介绍,第一部分为已具备商品流通属性的应用制品,第二部分为极具科研价值的前沿性研究。

现阶段气凝胶产品主要包括

气凝胶颗粒:其上述物理特性使得气凝胶材料本身在隔热隔音、水体净化、气体吸附等方面有突出优势,可替代活性炭作为一种耗材。

纳米孔气凝胶复合绝热材料:这只是一个统称,可理解为所有需要高效恒温的地方都能用得上的东西,至于这种材料可以是固态、也可以是液态。简单说来,这种复合绝热材料就是当气凝胶与哪种基材进行二次复合,就使得那种材料拥有了高效隔热保温的性能。工业建筑领域应用中,气凝胶与玻璃纤维毡复合经加工就做成了气凝胶毡,使得其导热系数成倍降低;日用品领域中,与纺织品复合,使得其隔热保温性能又上一台阶。所以在气凝胶复合应用制品方面,小编更愿意把它看作是一种功能性的添加剂。目前,新型气凝胶的应用主要集中在节能与环保领域。

未来的产品主要将应用在以下几个方面:

防弹涂层:根据相关试验研究,在金属片上加一层厚约6毫米的气凝胶,炸药直接炸中,金属片也分毫无伤。

吸波涂料:吸收雷达波,达到隐形效果

储能器件

高技术强激光研究方面

气凝胶作为最早应用在航空航天领域的新材料,有许多神奇的特性,对于未来的应用空间,很难准确预计其发展前景,还得依靠社会以及产业界的想象力,让这种纳米新材料走出实验室,实现其应用价值。

WHERe?

应用领域介绍:气凝胶系列制品用在哪里?

上一节提到了气凝胶的应用制品,那么这些制品哪些在我们日常生活中可以看见,亦或者是即将看见呢?材料之所以神秘,是因为许多材料明明存在,但咱老百姓们却很少感知的到。

在工业领域中,电力储能、石油化工等行业凡是需要管道保温或者窑炉保温的部位都需要用到高效保温材料,纳米孔气凝胶复合绝热材料是首选。

在建筑领域中,建筑墙体保温、屋面地板保温,以及气凝胶玻璃在玻璃幕墙上的应用。

在交通运输领域中,纳米孔气凝胶复合绝热材料已经应用在高铁列车、国产C919客机、以及新能源汽车上,主要集中应用点是运输工具的隔热保温、以及新能源汽车锂电池的保护。

在家用保温和冷链物流领域中,纳米孔气凝胶复合绝热材料替代传统材料,用作保温层,大幅提高保温效果,增大内部容积。

在功能性装备中,使用气凝胶超薄夹层制作出的气凝胶夹克及其他户外用品,拥有无法比拟的保暖性,真正做到更轻、更薄、更暖!

对比传统保温材料,纳米孔气凝胶复合绝热材料的保温效果要优于传统保温材料3~5倍,这就意味着其节能保温效果好;同时减少了保温材料的厚度,降低了综合成本;因为材料自身为安全环保无毒的无机材料,A1级不燃,兼顾了安全、使用寿命长与环境友好性的特点。

WHO?

相关科研机构介绍:

国际上关于气凝胶材料的研究工作主要集中在美国的加州理工学院、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尔固体物理实验室、国防科技大学、清华大学、浙江大学、哈尔滨工业大学。

当前,中国高校在气凝胶科研领域的专业程度以及中国企业在低成本气凝胶制造技术方面的探索能力,均走在世界前列,未来一定会有优秀企业脱颖而出, 依靠技术创新和成本领先优势打开全球市场大门。

谁会是成为气凝胶领域的华为,我们拭目以待。

FUTURE!

气凝胶的市场前景如何?

目前制约气凝胶市场壮大的最主要因素是价格,过高的定价让许多尝试者望而却步。一旦气凝胶材料的生产成本显著下降,市场规模就会急剧扩大,产品销量也会迅速扩大,并将革命性地替代传统绝热材料。

国内市场气凝胶行业起步较晚,前期主要是国外气凝胶产品在销售,市场推广力度也较小,近年来随着国内气凝胶企业逐步增多,实力不断增强,成本不断下降,规模不断扩大,再得益于国内节能减排政策推行和经济体量的的迅速扩大,气凝胶行业驶入了快速发展通道。

气凝胶的应用领域众多,从高大上的航天军工到接地气的节能建材,从宇航服到冬暖服,在未来5年里,工业建筑领域的节能降耗应该是气凝胶行业革命的主战场。

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