性能多面手 節(jié)能應(yīng)用廣
很多氣凝膠材料產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)人員，在向人們介紹氣凝膠時，都會被問到“氣凝膠是一種膠水嗎？”這個從“aerogel”翻譯過來的“氣凝膠”確實在理解上頗有難度。
氣凝膠既然不是膠水，那它到底是何種材料呢？
同濟(jì)大學(xué)的沈軍教授用一個形象的比喻介紹過氣凝膠：“做豆腐大家都熟悉，首先用原料做成豆?jié){，然后凝固成豆腐。如果將豆腐中的水分?jǐn)D出去就是豆干。變成豆干后體積大幅減小，氣凝膠類似于要將豆腐里的水分?jǐn)D出去，但體積又不能縮小，要補(bǔ)充氣體進(jìn)去。”只要讓凝膠中的液體被氣體取代，同時凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基本保持不變，得到的材料就稱為氣凝膠。
從結(jié)構(gòu)上講，氣凝膠是一種具有三維開孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的材料，這些網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)由一些連續(xù)的納米粒子或是聚合物分子裝配而成。氣凝膠納米粒子及孔徑尺寸在1~100nm。氣凝膠90%以上的體積都是空氣，被稱為“固體煙”。氣凝膠不僅作為世界上最輕的固體材料被載入“世界吉尼斯紀(jì)錄”，且其具有極低的導(dǎo)熱系數(shù)（0.013~0.025W/（m.K）），極低的介電常數(shù)（1.1~2.5），極高的比表面積（500~1000m2/g），從而在力學(xué)、聲學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)等方面顯示出獨特的性質(zhì)。
氣凝膠具有多種獨特性能，應(yīng)用領(lǐng)域也很廣泛。例如利用氣凝膠多表面積的吸附性能極強(qiáng)的特點，可將氣凝膠應(yīng)用于環(huán)保領(lǐng)域；利用其多孔減震抗震的性能特點，可用于防爆吸能需求；利用氣凝膠材料的超輕保溫的性能特點，將其應(yīng)用于登山服裝等領(lǐng)域。
氣凝膠的實際應(yīng)用是從航天領(lǐng)域開始的。俄羅斯“和平”號空間站和美國“火星探路者”探測器上，用氣凝膠材料來進(jìn)行熱絕緣，氣凝膠材料可以適應(yīng)-196至1400攝氏度的溫度，且因其導(dǎo)熱系數(shù)極低，可保證探測器在極端溫度下正常工作。美國國家宇航局的“星塵”號飛船還用氣凝膠收集彗星微粒，氣凝膠多孔尺寸和其極輕的重量使氣凝膠能像一個柔軟的棒球手套，從而讓高速飛行的彗星星塵在運(yùn)行一段時間后停下。
截止到目前，氣凝膠材料最廣泛應(yīng)用是其優(yōu)異的絕熱性能。以氣凝膠復(fù)合絕熱氈為主要產(chǎn)品，氣凝膠材料在工業(yè)管網(wǎng)及窯爐、石油化工設(shè)備、建筑、低溫設(shè)備及保冷等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。應(yīng)用于這些領(lǐng)域時，氣凝膠復(fù)合絕熱氈兼具保溫效果好、A級防火、高疏水等優(yōu)越特點，使用壽命可達(dá)20年之久，以絕對的優(yōu)勢位于保溫材料的金字塔頂。
深化氣凝膠 產(chǎn)業(yè)攻克行業(yè)瓶頸
氣凝膠材料因其獨特的結(jié)構(gòu)性能特點及廣闊的應(yīng)用前景，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)就引起了廣泛的研究興趣，在氣凝膠產(chǎn)業(yè)化的道路歷史過程中，最當(dāng)銘記的節(jié)點是1999年美國AspenSystems公司承接美國宇航局的課題制備出纖維復(fù)合的氣凝膠超級絕熱材料，然后于2001年成立了AspenAerogel公司進(jìn)行氣凝膠的商業(yè)化運(yùn)作，拉開氣凝膠作為超級絕熱材料產(chǎn)業(yè)化序幕。2015年10月26日，Aspen公司位于東普羅維登斯工廠的第三條氣凝膠生產(chǎn)線進(jìn)行了投產(chǎn)剪彩儀式。
國內(nèi)氣凝膠研究起步于上世紀(jì)90年代，集中于同濟(jì)大學(xué)、清華大學(xué)、中南大學(xué)、國防科大等著名大學(xué)中，氣凝膠商業(yè)化運(yùn)作公司集中于浙江納諾、廣東埃力生、航天烏江、北京建工等公司。中國氣凝膠行業(yè)屬產(chǎn)業(yè)化前期，表現(xiàn)出規(guī)模小、產(chǎn)量低、資金短缺、大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用少的現(xiàn)狀，而這些癥狀背后存在的原因可歸納為四個方面。
一是核心技術(shù)實力有待提高。
氣凝膠產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)和前提是保證科研實力的領(lǐng)先和不斷進(jìn)步。法規(guī)、政策、標(biāo)準(zhǔn)、投入、技術(shù)等對氣凝膠產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都至關(guān)重要，而關(guān)鍵技術(shù)更是發(fā)揮著直接驅(qū)動作用。企業(yè)要想在競爭激烈的市場中生存與發(fā)展，必須緊緊依靠技術(shù)創(chuàng)新，不斷適應(yīng)環(huán)境形勢變化，掌握關(guān)鍵核心技術(shù)，持續(xù)推進(jìn)關(guān)鍵核心技術(shù)領(lǐng)先，才能實現(xiàn)長遠(yuǎn)發(fā)展。氣凝膠產(chǎn)業(yè)面臨產(chǎn)業(yè)層次不高、對基礎(chǔ)和核心技術(shù)的跟蹤、投入嚴(yán)重不足、參與國際競爭能力不強(qiáng)等問題，這些問題歸根結(jié)底在于技術(shù)創(chuàng)新能力不強(qiáng)，關(guān)鍵核心技術(shù)掌握不足，性能和效率有待提高。這些問題都從不同方面、不同程度地限制了我國氣凝膠產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
二是系統(tǒng)化政策支持待落地。
氣凝膠產(chǎn)業(yè)是一個典型的高科技高附加值的產(chǎn)業(yè)，但也意味著高風(fēng)險、高投入，其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展要依靠國家政策的積極引導(dǎo)和具體支持。2014年和2015年，發(fā)改委連續(xù)兩年將氣凝膠材料列為《國家重點節(jié)能低碳技術(shù)推廣目錄》，這就是一個積極的政策引導(dǎo)。但就目前總體而言，國家引導(dǎo)和支持比較分散，缺少國家層面的全局性規(guī)劃。在已出現(xiàn)的一些引導(dǎo)政策上，尚需要具體的實施措施及細(xì)則將其落地，才能為氣凝膠產(chǎn)業(yè)化發(fā)展帶來積極效應(yīng)。
三是企業(yè)之間需協(xié)同發(fā)展。
氣凝膠行業(yè)屬于萌芽發(fā)展階段，在這個階段，理應(yīng)需要各企業(yè)協(xié)同發(fā)展，共同推進(jìn)整個行業(yè)的興起。但縱觀現(xiàn)有的為數(shù)不多的氣凝膠企業(yè)，各企業(yè)基本上屬于各自為戰(zhàn)的模式，還未形成良好的協(xié)同發(fā)展效應(yīng)。甚至在一些試驗應(yīng)用需求上，出現(xiàn)了低價競爭現(xiàn)象。在這方面，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(jìn)中心，正進(jìn)行一些積極的嘗試。中心旨在聯(lián)合相關(guān)科研院校、企事業(yè)單位，聚焦氣凝膠應(yīng)用相關(guān)技術(shù)難點，搭建“政-產(chǎn)-研-用”的專業(yè)交流平臺。
四是市場培育需要周期。
作為新興行業(yè)，氣凝膠新材料產(chǎn)業(yè)化，特別是其市場培育需要經(jīng)歷一個漫長的過程。一方面，氣凝膠材料相比于傳統(tǒng)保溫材料，表現(xiàn)出明顯的應(yīng)用優(yōu)勢，另外一方面，氣凝膠材料產(chǎn)業(yè)化前期生產(chǎn)成本要高于現(xiàn)有同類產(chǎn)品，市場培育、產(chǎn)品推廣需要逐步得到客戶的接納和認(rèn)可。
鑒于此，作為工信部授權(quán)的建材行業(yè)研發(fā)推廣的平臺，氣凝膠創(chuàng)新應(yīng)用推進(jìn)中心將聚焦行業(yè)先進(jìn)理念，持續(xù)推進(jìn)關(guān)鍵核心技術(shù)，著力推進(jìn)政府部門、生產(chǎn)單位、研發(fā)機(jī)構(gòu)、應(yīng)用單位聯(lián)動，形成新材料技術(shù)成果轉(zhuǎn)化的聯(lián)合體，系統(tǒng)推進(jìn)氣凝膠的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研發(fā)與市場應(yīng)用。同時，積極會同政府部門協(xié)同產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟等組織策劃戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)專項資金、創(chuàng)投基金，支持氣凝膠產(chǎn)業(yè)化技術(shù)、工程應(yīng)用技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、工法的深入研發(fā)和創(chuàng)新，保持國際競爭力，推動高科技成果轉(zhuǎn)化。從氣凝膠研究生產(chǎn)開始到應(yīng)用服務(wù)結(jié)束，全方位、多角度為推進(jìn)氣凝膠產(chǎn)業(yè)發(fā)展發(fā)揮能量。
產(chǎn)業(yè)需支持 中心來帶頭
氣凝膠產(chǎn)業(yè)是一個典型的高科技高附加值的產(chǎn)業(yè)，但也意味著高風(fēng)險、高投入，產(chǎn)業(yè)化需要大量的關(guān)鍵技術(shù)積累，產(chǎn)業(yè)化過程中需要大量時間和資金的投入。氣凝膠產(chǎn)業(yè)雖然發(fā)展前景無限，但是更需要國家、社會多方面的支持。
科研方面，國家應(yīng)加大氣凝膠領(lǐng)域內(nèi)的資金投入，精準(zhǔn)扶持科研機(jī)構(gòu)、氣凝膠企業(yè)研發(fā)平臺取得氣凝膠突破性研究。
企業(yè)方面，國家應(yīng)加大政策和資金扶持力度，將政策的杠桿更多地傾向于氣凝膠產(chǎn)業(yè)化運(yùn)作，重點資金扶持10家左右自主創(chuàng)新程度高的氣凝膠產(chǎn)業(yè)化公司，培育氣凝膠產(chǎn)品龍頭企業(yè)，整合企業(yè)現(xiàn)有技術(shù)、制造設(shè)備、優(yōu)勢資源及已有市場，進(jìn)行產(chǎn)品的技術(shù)升級和大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。
氣凝膠創(chuàng)新應(yīng)用推進(jìn)中心將牽頭通過樹立標(biāo)桿氣凝膠企業(yè)示范形象，形成一呼百應(yīng)的氣凝膠產(chǎn)業(yè)化聚合效應(yīng)，推動行業(yè)攻克瓶頸，從而全方位拉動我國氣凝膠產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，快速融入國際氣凝膠產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
