气凝胶低成本产业化的实现将改变世界

二氧化硅气凝胶将引发新一轮的世界技术革命

李光武

北京四达特商业有限责任公司总经理

北京仓冠晟隆科技发展有限责任公司董事长

西藏圣一新能源股份有限公司研究院院长气凝胶作为被全世界科学界广泛关注的新材料，吸引着世界各国科学家倾力研究，经过数十年的研究，科学家们发现气凝胶可使众多行业、学科产生质的飞跃，在力学、声学、热学、光学、化学、物理学均有独特的优良性质，在节能领域、隔音、红外线吸收、催化剂材料、环境保护领域、新能源以及重要的军工、航天等领域都有广泛用途。

气凝胶的市场地位应用领域

在国际顶级权威学术杂志《科学》杂志第250期上，气凝胶被列为十大热门科学技术之一，被称为可以改变世界的多功能新材料。

在建筑节能、化工、催化、安全生产、环保、航空航天、军工、体育用品、工程塑料等领域的研究已经证明了气凝胶广阔的应用前景。气凝胶又被称为“终极保温绝热材料”、“超级海绵”，生产耐高低温太空服、生产具有隐形、隔噪、防爆一体的航天器和军工产品，使用气凝胶生产新型网球拍的强度可提高十倍，气凝胶已被应用于声阻抗耦合材料、催化剂及载体、高效隔热材料、制备高效充电电池、建筑节能保温材料、太阳能光热设备等。

在市场方面，美国依靠其雄厚的资金实力，已经快速抢占了市场，在应用方面以航天航空为主，例如：捕获空间粒子，耐高低温太空服，航天器隔热材料等等，俄罗斯“和平”号空间站和美国“火星探路者”探测器上，都用到了气凝胶材料制造隔热瓦。

在军工航天产品上的应用也凸显了气凝胶的价值和地位。英国“美洲豹”战斗机的机舱隔热层采用的就是SiO2气凝胶隔热复合材料，飞机上记录飞行状况数据的黑匣子也用气凝胶材料作为隔热层，美国阿帕奇直升机使用气凝胶隔离红外线，；。

二氧化硅气凝胶作为无机材料，具有制备A1及防火保温材

料的先天优势，目前采用气凝胶制造的保温板保、温型材、保温涂料已经试制成功，与现有气凝胶产品比较，其保温材料除板材外还可以根据客户要求制造各种型材，添加气凝胶的涂料更是有众多的有点，可以制造隔音、隔热、抗冲击、自清洁、隐形等具有单一或综合特性的涂料。气凝胶涂料的除导热系数只有0.031w/K.M外，其疏水特性使制备的涂料进行防静电处理后，达到了不沾尘并且有荷叶托水珠那样的效果，使这种外墙涂料具有自清洁作用。应用市场前景广阔。

气凝胶急需产业化发展

气凝胶是世界上密度最小、孔径为纳米量级的固体。气凝胶种类繁多，主要有硅系、碳系、硫系、金属氧化物系、金属系等等。常见的二氧化硅气凝胶，最早由美国科学工作者Kistler在1931年制得，但直到80年代才引起重视，其不断研究的结果出乎所有人的想象，一个又一个的研究成果带来了更为广阔的用途。

气凝胶诸多优异性能，使世界上主要技术科技大国都投入巨资开展研发工作，但由于技术路线的限制，能制备出良好性能的工艺方法还仅限于超临界干燥方式。由于超临界干燥设备制备气凝胶工艺复杂、技术难度大、设备投资巨大而产量有限，使得生产出的气凝胶应用仅仅局限于军工、航天、石油，等应用领域。

虽然有如此优异的各项性能，但面对高昂的价格和稀缺的产品，包括建筑节能领域在内众多领域，对气凝胶只能望胶兴叹。可见低成本产业化制备气凝胶是迫在眉睫的。

近十年，国际上关于气凝胶材料的研究工作主要集中在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，美国阿斯潘公司，美国宇航局等；国内主要集中在在同济大学波尔固体物理实验室、中南大学、国防科技大学、绍兴纳诺高科、广东英德埃力生、山东科技大学、北京科技大学等，近几年更是几乎所有大学都涉及了气凝胶的研究。气凝胶的分形结构、动力学性质、低温热学性质及网络骨架等引起人们的浓厚兴趣，气凝胶成了基础研究的对象。这些研究机构院校将气凝胶特性的研究不断深化，也进行了许多产业化制备方法的研究，但始终没有突破干燥技术。

气凝胶研发上的重大突破

目前，气凝胶在国内年产量大约在1000立方米到2000立方米之间，由于产量小，只能用于重要的行业。为扩大气凝胶的产量和应用范围。北京四达特公司技术人员在进行科学论证后，经过研究实验，

实现了用常规设备制备出性能优异的二氧化硅气凝胶的目标，攻克了二氧化硅气凝胶低成本产业化的技术难题。所生产出的气凝胶质量稳定，产品质量优异。目前，采用产业化生产工艺和设备所生产出来的气凝胶，技术参数稳定在，导热系数0.014-0.016W/K.M , 堆比重0.08-0.1g/cm 比表面积650-750m2 / /cm3。

二氧化硅气凝胶低成本产业化制备技术的实现，使制备二氧化硅气凝胶的设备投入较超临界干燥技术所需设备成本降低了90%以上，并且所生产出来的气凝胶质量优异、性能稳定。投资回报期也可由原来的15年以上降低至2年以内，气凝胶产业化制备技术，从根本上脱离了由于超临界干燥所带来的各种弊端，大型高压容器制造困难，制造成本高昂是面临的最大问题，国内还只能制造1立方米的超临界干燥设备，但数以千万的投资只能每年生产100立方米的气凝胶。现气凝胶产业化生产技术将带来众多行业快速发展，建筑节能、工程塑料、环保、新能源等行业都将进入新一轮的快行线，在世界上同一领域抢占先机，正如人们所认知的，材料科学将引领世界科技进步。

为使中国新材料位居世界先进水平而努力欧盟虽然还在采用超临界干燥技术生产气凝胶，但已经把气凝胶确定为今后建筑节能保温材料的主要发展方向，因此，我们要充分利用目前的产品优势，将中国建筑节能水平迅速提高，大道或超过世界先进水平。近年来中国新材料技术发展迅速，石墨烯产业化，碳纳米管研究，都位居世界前列，今天气凝胶产业化进程势必再次推动中国新材料科技水平先前迅猛发展。

附录：公司介绍

北京四达特公司成立于1996年，成立10多年来一直致力于国内技贸水平的提高。2011年，公司转型为主要从事应用工程技术创新型科技研发公司，已经和正在研发的项目达到近20项，已经申请和授权专利10多项。2011年公司转型，有技贸公司向科技公司发展，开展建筑节能方面的研究，，在气凝胶隔热保温材料、城市生活垃圾处理技术、城市废水处理技术，以及太阳能光热、光能、光电一体化技术、蓄能风力发电技术等方面取得了重要成果，技术处于世界先进水平。2013年成立中外合资企业北京仓冠晟隆科技发展有限公司。