什么是氣凝膠材料？
氣凝膠是一種內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)充滿氣體，外表呈現(xiàn)固體狀密度極低的多孔材料，是目前最輕的固體材料。它的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一般是由相互交聯(lián)的納米顆粒所組成，其中顆粒內(nèi)部的孔隙主要是微孔，顆粒與顆粒之間則大多是 2 nm 上的中孔或大孔。
低導(dǎo)熱的氣凝膠
氣凝膠具有低密度（~ 0.16 mg/cm3）、高比表面積（400-1000 m2g-1）、高孔隙率（90%-99.8%）、低熱導(dǎo)率（~ 0.012 Wm-1k-1）、結(jié)構(gòu)可控等諸多優(yōu)異性能，被稱為改變世界的神奇材料，列入 20 世紀(jì) 90 年代以來(lái)10 大熱門科學(xué)技術(shù)之一，具有巨大的軍民兩用應(yīng)用價(jià)值。
氣凝膠分類
從成分構(gòu)成分類是氣凝膠最普遍的區(qū)分方式，分為單一組分和復(fù)合組分兩大類。 單一組分氣凝膠包括氧化物氣凝膠（二氧化硅和非二氧化硅），有機(jī)氣凝膠（樹(shù)脂基和纖維基），碳?xì)饽z（碳化塑料、碳納米管和石墨烯），硫化物氣凝膠和其他種類的氣凝膠（單一元素、碳化物）；復(fù)合組分氣凝膠包括多組分氣凝膠、梯度氣凝膠以及微/納氣凝膠復(fù)合物。其中硅氣凝膠、碳?xì)饽z和二氧化硅氣凝膠最常見(jiàn)。
氣凝膠的結(jié)構(gòu)與導(dǎo)熱性質(zhì)
氣凝膠有良好的隔熱，其主要原理是：氣凝膠中納米級(jí)孔洞中的空氣不能自由流動(dòng)，消除了空氣對(duì)流傳熱。氣凝膠中高達(dá) 80%以上的成分是空氣，固體成分少，且熱傳導(dǎo)路徑細(xì)長(zhǎng)，從而大大減輕了固體熱傳導(dǎo)。納米級(jí)孔洞的孔徑（大部分為 20-50nm）小于空氣分子自由程（70nm），大大減弱了空氣分子發(fā)生碰撞而形成的熱傳導(dǎo)。存在大量的氣固界面，并添加了特殊的遮光劑，大大阻隔了熱輻射。
氣凝膠的生產(chǎn)工藝
氣凝膠的性能就是由其結(jié)構(gòu)決定的。因此如何制備結(jié)構(gòu)顯得尤為關(guān)鍵，主要過(guò)程有三步。
1、溶液到溶膠過(guò)程：納米尺度的膠體粒子通過(guò)縮聚和水解反應(yīng)在均勻的前驅(qū)物溶液中形成，或是通過(guò)催化劑來(lái)催化加速。
2、溶膠到凝膠的過(guò)程（凝膠）：溶膠粒子之間手拉手連接，分層裝配進(jìn)一個(gè)具有連續(xù)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的濕凝膠。
3、凝膠到氣凝膠的過(guò)程（干燥）：這個(gè)過(guò)程中濕凝膠中的溶劑被空氣所替代，同時(shí)不會(huì)有嚴(yán)重的微結(jié)構(gòu)破壞。
因此氣凝膠的生產(chǎn)主要有兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)：溶膠-凝膠技術(shù)和干燥技術(shù)，前者主要是為了獲得具有一定空間網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，后者則是將醇凝膠網(wǎng)絡(luò)骨架中的溶劑去除，得到氣凝膠材料。前者主要有：無(wú)機(jī)氣凝膠、有機(jī)氣凝膠、碳?xì)饽z的溶膠-凝膠技術(shù)，后者主要有：超臨界干燥、亞臨界干燥、冷凍干燥和常壓干燥技術(shù)。
氣凝膠的性質(zhì)和應(yīng)用
氣凝膠的主要性能及其應(yīng)用
由于氣凝膠可以有效阻隔熱的三種傳熱途徑，因此它的隔熱性能特別好。這也是它目前最大的應(yīng)用領(lǐng)域。需要隔熱的領(lǐng)域有很多，比如建筑，工廠等。因?yàn)榻ㄖ魺峥梢杂行П苊鈨?nèi)外熱量傳遞，因此可以節(jié)約能源，降低成本。
除了建筑行業(yè)之外，還有化工廠隔熱也具有很廣闊的應(yīng)用前景。例如常州循天節(jié)能科技將技術(shù)應(yīng)用在海南中航特玻材料有限公司：
建設(shè)規(guī)模： 550t/a 高檔浮法玻璃生產(chǎn)線窯爐節(jié)能保溫工程，采用了合同能源管理模式，于 2013 年 12 月 27 日-2014 年 1 月 14 日組織實(shí)施。該項(xiàng)目采用了鈦納硅技術(shù)為核心的組合保溫技術(shù)，對(duì)窯爐的熔化部大碹、澄清部大碹、蓄熱室大碹、蓄熱室墻體、胸墻、小爐等部位，保溫總面積 871m2，鈦納硅超級(jí)絕熱材料使用 2613m2。保溫前單耗 2164kcal/kg 玻璃液，保溫后 2096kcal/kg 玻璃液，節(jié)能率 3.14%；年節(jié)約天然氣 213.2 萬(wàn) m ，節(jié)能技改投資額： 310 萬(wàn)元，年經(jīng)濟(jì)效益 426 萬(wàn)元；年節(jié)約標(biāo)煤1948t，減排 5182tCO2，投資回收期 10 個(gè)月。
2016年11月3日，我國(guó)新一代大運(yùn)力運(yùn)載火箭“長(zhǎng)征五號(hào)”在海南文昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功首飛。其中，為火箭燃?xì)夤苈废到y(tǒng)提供隔熱保溫的就是國(guó)內(nèi)自主研制的高性能納米氣凝膠隔熱氈。
產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況
根據(jù)中國(guó)銀河證券研究部的數(shù)據(jù)，2013 年全球氣凝膠市場(chǎng)規(guī)模約 2.2 億美元，估計(jì)到 2020 年可達(dá) 19 億美元，在 2014-2020年預(yù)測(cè)期內(nèi)年復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá) 36.4%。
除了看具體的市場(chǎng)規(guī)模，還要看市場(chǎng)前景。從絕熱材料領(lǐng)域看，目前氣凝膠只是絕熱材料中的很小一部分。而以氣凝膠的優(yōu)異性能，只要能實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)降低生產(chǎn)成本，勢(shì)必會(huì)占據(jù)更多絕熱材料市場(chǎng)。
2014 年國(guó)內(nèi)氣凝膠產(chǎn)量大約在 8500 立方米，進(jìn)口產(chǎn)品大約 1500 立方米，市場(chǎng)規(guī)模為1.82 億元；2015 年是國(guó)內(nèi)氣凝膠規(guī)模的突變之年，新增產(chǎn)能達(dá) 16000～20000 立方米，實(shí)際產(chǎn)量 19600 立方米，進(jìn)口產(chǎn)品約 1000 立方米，市場(chǎng)規(guī)模約 3.30 億元。隨著氣凝膠工藝成本的降低和產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，一些新興應(yīng)用不斷開(kāi)發(fā)出來(lái)，國(guó)內(nèi)氣凝膠市場(chǎng)將日益成熟，預(yù)計(jì)到2020 年國(guó)內(nèi)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá) 37 億元，年復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá) 61%。
以上都只是說(shuō)明氣凝膠市場(chǎng)前途很光明，具體應(yīng)用領(lǐng)域有建筑、石化、交通運(yùn)輸、電力、冶金等。如果真的有志于此，可以了解這些行業(yè)的節(jié)能減排要求。并且查找相關(guān)的文獻(xiàn)進(jìn)行深入的研究。
國(guó)內(nèi)氣凝膠企業(yè)
國(guó)內(nèi)的氣凝膠行業(yè)發(fā)展非常迅速，以下企業(yè)是頭部企業(yè)。若有興趣，可以多關(guān)注他們的動(dòng)態(tài)。注意這里僅是為有需要的年輕人介紹，并不構(gòu)成投資建議。
如果有志于此，可根據(jù)自己興趣和就業(yè)地選擇一家。我本人的經(jīng)驗(yàn)是大公司會(huì)提供一個(gè)很好的平臺(tái)，因此建議可以調(diào)查之后選擇一個(gè)自己覺(jué)得有前途的大企業(yè)。如果對(duì)此感興趣又對(duì)自己不夠有信心，則可以先入行。
小結(jié)
1、氣凝膠產(chǎn)業(yè)是個(gè)朝陽(yáng)行業(yè)，市場(chǎng)潛力很大！目前應(yīng)用集中在隔熱材料，隔熱材料市場(chǎng)潛力。另外，氣凝膠其他應(yīng)用的市場(chǎng)潛力也很大！
2、中國(guó)的氣凝膠技術(shù)先進(jìn)，與美國(guó)在世界范圍內(nèi)直接競(jìng)爭(zhēng)，學(xué)好英語(yǔ)爭(zhēng)做國(guó)際化人才。以后中國(guó)氣凝膠走出去是大趨勢(shì)，建議學(xué)好英語(yǔ)，做好國(guó)際化的準(zhǔn)備。
3、選擇大企業(yè)，平臺(tái)好，能學(xué)到更多。希望此文對(duì)材料專業(yè)特別是無(wú)機(jī)非金屬材料的同學(xué)在就業(yè)和擇業(yè)時(shí)有所幫助。
