——訪上海同濟大學(xué)教授倪星元
“氣凝膠”這個詞匯近年來出現(xiàn)的頻率不斷增加，人們對氣凝膠的認知也在不斷加深。從對其一無所知到逐步認識到它的優(yōu)越性，特別是在“十三五”規(guī)劃中強調(diào)新材料戰(zhàn)略的作用后，氣凝膠更是成為先進新型材料中的關(guān)注焦點。
目前我國對氣凝膠的研究工作主要集中在同濟大學(xué)波爾固體物理研究所、國防科技大學(xué)、清華大學(xué)、浙江大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等。同時，我國高校在氣凝膠科研領(lǐng)域的專業(yè)程度以及國內(nèi)企業(yè)在降低氣凝膠制造成本的技術(shù)探索上的能力不斷加強，并開始向世界先進水平進軍，跨入世界先進行列。
記者有幸采訪到了同濟大學(xué)教授倪星元，請他講述一下同濟大學(xué)以及我國氣凝膠的研究進展情況，并談到氣凝膠在建筑建材應(yīng)用領(lǐng)域的情況。
同濟大學(xué)助力氣凝膠領(lǐng)域研發(fā)
1931年，美國斯坦福大學(xué)Kistler通過水解水玻璃制備得到氣凝膠，但由于生產(chǎn)成本太高并沒有得到人們的廣泛關(guān)注。20世紀80年代，歐洲的一些物理學(xué)家開始對這一新材料進行研究，1985年德國維爾茨堡大學(xué)物理所組織召開了第一屆“氣凝膠國際研討會”。20世紀90年代初，美國重新開始對氣凝膠進行研究。
同濟大學(xué)也是在20世紀90年代就開始了對氣凝膠的研究工作，可以說是我國最早的一批研究氣凝膠的科研院所。氣凝膠是由90%以上的空氣和不足10%的固體構(gòu)成，氣凝膠是世界上密度最小的固體之一，密度僅為3千克每立方米。氣凝膠特殊的納米孔洞和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出很多非常優(yōu)異的物理和化學(xué)特性和功能。倪星元介紹說：“我們同濟大學(xué)固體物理研究所最早是對氣凝膠的物理性質(zhì)的應(yīng)用切入開始進行研究的。目前對氣凝膠使用功能的研究多是在物理功能上的延伸。當(dāng)前同濟大學(xué)對氣凝膠功能的研究集中在熱學(xué)方面、光學(xué)方面、電學(xué)方面、聲學(xué)方面以及力學(xué)（如防爆，抗沖擊）等方面，也進行了一些有關(guān)化學(xué)吸附的研究。“從材料方面來講，我們研究的比較廣，我們研究的有無機氣凝膠、有機氣凝膠以及復(fù)合氣凝膠，除了最常見的是硅氣凝膠，還有碳系，硫系，金屬氧化物系，金屬系等等，同濟大學(xué)在這些方面大部分都有所涉獵?！?/p>
在最早的應(yīng)用中氣凝膠被廣泛應(yīng)用在航天航空以及軍事領(lǐng)域，因為氣凝膠的一些特性，使其成為了航天探測中不可替代的材料，俄羅斯“和平”號空間站和美國“火星探路者”探測器都是用它來進行絕緣的。目前除了航天領(lǐng)域外，氣凝膠還可廣泛應(yīng)用于軍工、石化、電力、冶金、建筑、服裝等眾多領(lǐng)域，尤其是作為傳統(tǒng)保溫材料的重要替代產(chǎn)品。
保溫隔熱是當(dāng)前氣凝膠應(yīng)用開發(fā)的熱點，當(dāng)氣凝膠正面經(jīng)受1000多攝氏度的火焰噴射時，背面依然可以用手摸。這是由于氣凝膠的熱導(dǎo)率和折射率非常低的特性所決定的，其絕緣能力比最好的玻璃纖維還要好數(shù)十倍。
氣凝膠推廣應(yīng)改變認識降低成本
目前同濟大學(xué)正在研究氣凝膠在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用，倪星元說：“氣凝膠在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用是我們對其在熱學(xué)方面研發(fā)的一個延伸。最早同濟大學(xué)在氣凝膠熱學(xué)方面的研究多在軍工領(lǐng)域的應(yīng)用上，后來才開始延伸到建筑建材方面，功能也主要體現(xiàn)在隔熱、保溫上。開始在建材領(lǐng)域的研究不夠深入，之后同濟大學(xué)和企業(yè)合作，進行產(chǎn)學(xué)研一體化的研究，對氣凝膠建材領(lǐng)域的應(yīng)用才開始逐漸深入，研究和開發(fā)了氣凝膠復(fù)合的保溫隔熱氈的制備、規(guī)模化生產(chǎn)與應(yīng)用?！?/p>
倪星元介紹說，當(dāng)前我國有不少企業(yè)從事氣凝膠的研發(fā)推廣工作，但是氣凝膠在建筑建材領(lǐng)域的應(yīng)用還沒有得到廣泛推廣。主要原因是，與現(xiàn)有的保溫材料相比，氣凝膠氈的價格相對較高。所以在建筑領(lǐng)域如果沒有特殊要求，建筑的設(shè)計者與開發(fā)商一般不會去考慮運用氣凝膠氈作為保溫材料。
針對這一問題，倪星元告訴記者：“這就要求幫助建筑的設(shè)計者和開發(fā)商充分認識氣凝膠的優(yōu)勢。與其他保溫材料相比，氣凝膠具備其他材料無法比擬的綜合優(yōu)勢。”氣凝膠氈與其他傳統(tǒng)保溫材料相比，熱導(dǎo)率比較低，保溫隔熱性能要比其他材料好，并且在相同的環(huán)境條件下，保溫隔熱性能越好，越明顯降低保溫或隔熱的能耗；從建筑結(jié)構(gòu)上來看，氣凝膠氈會更為輕薄，能夠在建筑的使用面積上擴展出很大的空間，同時由于產(chǎn)品比較輕，在施工的過程中能夠減少對建筑物承重能力的顧慮。與此同時，氣凝膠復(fù)合制品還在隔音、防火、防潮等各方面都有自己的優(yōu)異性能。綜合來講，氣凝膠復(fù)合制品的性價比要遠高于其他保溫材料。倪星元指出，當(dāng)前在建筑的設(shè)計和建筑開發(fā)方面，人們對氣凝膠復(fù)合制品的認識還不夠，下一步在建筑建材領(lǐng)域要加強對其的宣傳推廣工作。
倪星元說：“當(dāng)然，從氣凝膠的生產(chǎn)企業(yè)來講要考慮進一步降低其生產(chǎn)成本，從降低氣凝膠生產(chǎn)的原料成本及調(diào)整復(fù)合氣凝膠的生產(chǎn)工藝上挖潛。另外如果氣凝膠產(chǎn)品生產(chǎn)形成相當(dāng)規(guī)模的話，其生產(chǎn)成本也將進一步降低。在人們的認識加強，產(chǎn)品成本降低后，氣凝膠將會比較大規(guī)模的被應(yīng)用在建筑領(lǐng)域。”
提起中國綠色建材產(chǎn)業(yè)發(fā)展聯(lián)盟氣凝膠創(chuàng)新應(yīng)用推進中心，倪星元表示對其很是看好。他說：“這將是一個很好的組織機構(gòu)，希望可以在氣凝膠在建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用的宣傳推廣上起到非常重要的作用，努力把科研機構(gòu)、生產(chǎn)企業(yè)、應(yīng)用單位組織到一起，共同探索對現(xiàn)有的問題的解決對策，推進氣凝膠在建筑領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用和技術(shù)創(chuàng)新?！?/p>
