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鄒小姐：13326633089 -
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說起氣凝膠，想必大家已經不陌生了，它號稱是“世界上最輕的固體”，因為質量輕、隔熱強、承受力大，被廣泛應用于各行各業，甚至我們剛剛送上火星的“祝融號”，里面就有它的貢獻。被包裹在表面的一層氣凝膠，對載荷負擔極低，能保護火星車承受進入火星大氣層達到1200℃的高溫沖擊，同時減緩震動完美著陸。
相比于普通多孔材料，氣凝膠有一個重要的特點：其骨架在納米尺度。因此，當可見光穿過時散射較小，看上去像“凍住的煙”。
輕如無物的氣凝膠
氣凝膠的分類
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無機氣凝膠 |
有機氣凝膠 |
混合氣凝膠 |
復合氣凝膠 |
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氧化物、氟化物、碳化物、混合氧化物 |
醛系、脲衍生物、聚合物 |
有機+無機 |
纖維增強氣凝膠其他復合氣凝膠 |
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SiO2 （應用最廣）、ZrO2、Al2O3 氣凝膠，炭氣凝膠與碳化物氣凝膠， 纖維/二氧化硅氣凝膠 |
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氣凝膠在世界范圍內起步很早，可追溯到1931年，當時美國斯坦福大學的Samuel Stephens. Kistler提出要證明一種具有相同尺寸的連續網絡結構的固體“凝膠”，是從濕凝膠中驅除液體而不破壞固體形狀。按照通常的技術路線，很難做到這一點，一旦讓濕凝膠干燥，凝膠將會收縮，這種收縮經常是伴隨著凝膠的嚴重破裂。Kistler采用乙醇超臨界干燥技術，制備出世界上第一塊氣凝膠——SiO2氣凝膠，他預言氣凝膠在催化、隔熱、玻璃和陶瓷等領域有極大的應用價值。
氣凝膠的超強隔熱性能
但在其后幾十年的發展里，氣凝膠的產業化幾經波折，已經歷了三次產業化，目前正在第四次產業化的迅速發展中。在這期間，擴展了新的技術方向與應用市場，誕生了真正將氣凝膠商業化運作的著名公司。
氣凝膠產業化發展歷程
國內最早于1955年，由同濟大學波爾固體物理研究所對氣凝膠展開研究。隨后，清華大學、東華大學等高校也涉足過這個領域。中國技術工作者在常壓干燥領域投入精力較多，到2004年，國內開始出現從事氣凝膠材料產業化研究的企業，逐步推動氣凝膠市場的成熟化、規模化，擴展和開發新興應用領域，成為氣凝膠第四次產業化的主力軍。
超臨界與常壓干燥技術的對比
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干燥技術 |
超臨界干燥 |
常壓干燥 |
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設備投入 |
常要高壓釜，一般工作壓力高達7~20MPa，屬于特種設備中的壓力容器,設備系統較為復雜，運行和維護成本也較高 |
采用常規的常壓設備,設備投入低,設備系統也較為簡單 |
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生產成本 |
硅源:采用有機硅源,價格較為昂貴，但是純度高,工藝適應性好；設備投入：較高； 能耗方面：干燥系統耗也較高,蒸汽消耗方面兩者差別不大。 |
硅源:可采用水玻璃，價格低廉,但是雜質較多，去除雜質的工藝較為繁瑣； 設備投入：較低； 能耗方面:干燥系統耗電較低 |
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產品性能 |
產品沒有任何顯著或實質意義的區別,在非二氧化硅氣凝膠制備方面，超臨界干燥工藝要成熟很多，不過還沒有量產的報道。 |
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技術門檻 |
超臨界干燥技術的生產效率、安全性，乃至工藝變更都對設備系統有較高依賴度，如果設備廠家提供設備系統較為成熱可靠,進入技術門檻相對較低 |
常壓干燥技術設備的投資門檻較低，但是技術門檻卻較高,對配方的設計和流程組合優化有較高要求，如果技術不過關,不僅生產成本可能高于超臨界，甚至于性能指標也不能達到要求 |
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拓展空間 |
采用超臨界干燥技術的設備設備投入將高達數十億，前期投入過大，一般企業很難維持。 |
隨著規模擴大，投入產出比會進一步提高，可以較少投資獲得較大生產規模，因而更能適應未來大生產的需要。 |
但國內的氣凝膠自主創新之路經歷了不少坎坷，2018年，美國國際貿易委員會（ITC）對美國阿斯彭氣凝膠股份有限公司（Aspen Aerogels）提出的氣凝膠隔熱復合材料及其制造工藝侵權申訴做出調查仲裁：裁定兩家中國公司存在侵犯知識產權的行為。
此次調查事件引起了國內氣凝膠行業及科研人員對氣凝膠專利產權的高度重視，氣凝膠專利申請中新增的申請人數量逐年快速增加，目前主要集中在氣凝膠制備工藝及設備上，這也是氣凝膠產業化的需要重點突破的方向，表明國內已經有大批企業和研發機構涌入這一領域。
國家高度重視氣凝膠的推廣應用，將其列入戰略性新興產業，相關政策逐步完善。氣凝膠的應用極為廣泛，一般用于絕熱、隔熱材料，隔音材料，催化劑，吸附劑；在新能源方面，例如新型電池、儲氫材料也有所應用。
據中國石油管道科技研究中心評估，以350℃蒸汽管道的保溫應用為例，相比于傳統保溫材料，氣凝膠的保溫厚度減少2/3，節約能耗40%以上，每公里管道每年可減少二氧化碳排放125噸。
氣凝膠的應用
中國二氧化硅氣凝膠市場規模
國內自主崛起，技術逐步成熟，產能快速擴張，現今國內已涌現了一批包括埃力生高新科技有限公司、中國化學華陸科技有限公司、愛彼愛和新材料有限公司等可規模化生產氣凝膠及氣凝膠復合材料的有實力的企業，現階段我國氣凝膠產品下游主要集中在油、氣、工業管道保溫等領域，但發展潛力巨大，在尖端研究領域如航空航天、醫藥等方面已頗具成果，只待產業結構優化，早日讓我國氣凝膠產業步入新的階段。
參考來源：
1.“膠黏劑在線”微信公眾號文章：《氣凝膠，一個百億美元空間的新材料賽道》；
2.中國科學院官網科普文章：《世界上最輕的固體——氣凝膠》；
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粉體圈 小吉
