气凝胶:提升产品性能 拓展应用领域

  气凝胶是目前已知最轻的固体材料,也是迄今为止保温性能最好的材料。因其具有纳米多孔结构、低密度、低介电常数、低导热系数、高孔隙率、高比表面积等特点,在力学、声学、热学、光学等诸方面显示出独特性质,被称为“改变世界的神奇材料”。

  气凝胶主要产品有4种,即气凝胶复合材料、气凝胶玻璃、气凝胶涂料和气凝胶粉体颗粒。其中,气凝胶复合材料采用纳米气凝胶与玻璃纤维、陶瓷纤维等基材复合,可最大化保留气凝胶轻质、隔热等特性;气凝胶玻璃由两片玻璃在中间填充气凝胶,形成类似于“三明治”的结构,具有光漫射效果、强隔音降噪效果以及A级防火等级;气凝胶涂料是一种安全环保的新型保温材料;气凝胶粉体颗粒具有极高孔洞率、极低的密度、高比表面积、超高孔体积率等特点,是良好的添加改性剂、净化吸附功能填料、催化剂载体等。

  根据中国产业信息网数据,2018年我国气凝胶规模约为18.6亿元,预计2025年国内市场规模将达到321亿元。全球气凝胶市场规模约为10.4亿美元,预计到2025年全球气凝胶市场规模将达到91.2亿元美元,约合人民币638亿元。

  气凝胶材料由于优越的保温隔热等性能,使其具有较为广泛的应用价值,将成为现有保温隔热材料领域重要的潜在替代品,属于国家大力提倡发展的新材料之一。目前,气凝胶主要以航空航天、石油开采、石油炼化、热力等工业领域的保温保冷需求为主,采用气凝胶能够大大降低在输送过程中的热量冷量损失,较传统保温保冷材料在多个方面具备明显优势;同时,气凝胶良好的隔热、隔音、防火及憎水性能,已经逐步向汽车、建筑材料等市场渗透。

  “十四五”期间,气凝胶材料行业一方面要加大科研投入,攻克技术壁垒。

  目前用溶胶-凝胶技术制备气凝胶在理论和技术上已经有了一定的发展。今后气凝胶的研究主要集中在以下几个方向:一是由廉价的无机原料代替昂贵的金属醇盐;二是由常压干燥代替传统的超临界干燥;三是开发新的品种,对气凝胶结构进行优化,制备性能更为优异的多组分气凝胶;四是研究结构和性质之间的关系,达到设计合成的目的;五是加强对气凝胶性质的研究,开发气凝胶新的应用领域。

  另一方面,气凝胶材料行业还要提升产品性能,拓展应用领域。

  气凝胶属于典型的技术密集型产业,由于技术壁垒高且生产设备投资巨大,目前国内气凝胶行业仍处于产业化发展初期,产品工业化生产程度低,在市场应用方面大多尚处于工程示范阶段,要促进其在各领域的广泛应用,还需要进一步提升产品的技术成熟度和经济可行性,完善相关的工艺流程和标准规范,发展低成本快速制备技术,提高产品性能。

  气凝胶产品作为高端绝热材料,预计其在航天、军工、高铁动车、核电太阳能、石油化工、冶金建材、热力管网等工业领域的节能降耗将进一步成为“十四五”期间气凝胶行业应用的主战场。

  随着国家对于节能减排、防火等方面的标准不断趋于严格,气凝胶行业有望进入爆发式的增长阶段,将由工业绝热材料逐渐进入体量更大的建筑节能材料产业。除了在工业和建筑领域存在巨大的市场空间,考虑到气凝胶其他方面的突出性能,气凝胶在其他诸如电子化工,生物医疗、日常消费领域等也存在着巨大的替代空间。整体而言气凝胶的应用将覆盖人们生活的方方面面,未来市场前景广阔。

  作者:中国化学工程股份有限公司副总经理、中国化工施工企业协会理事长 刘德辉

关键字:气凝胶
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