中國(guó)氣凝膠產(chǎn)業(yè)迎來“豪邁時(shí)刻”

政策的扶持往往是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的動(dòng)力。

隨著“十三五”規(guī)劃對(duì)未來五年發(fā)展方向作出總體定位，近期新材料行業(yè)相關(guān)的配套政策也在密集出臺(tái)。2016年3月中旬，工信部、發(fā)改委、科技部、財(cái)政部聯(lián)合出臺(tái)了《關(guān)于加快新材料產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的指導(dǎo)意見》，2016年底，國(guó)家新材料領(lǐng)導(dǎo)小組正式成立。不僅國(guó)家層面，行業(yè)內(nèi)部對(duì)新材料產(chǎn)業(yè)，尤其是氣凝膠產(chǎn)業(yè)也異常關(guān)注。

4月7日，由中國(guó)綠色建材產(chǎn)業(yè)發(fā)展聯(lián)盟主辦，旨在促進(jìn)氣凝膠行業(yè)應(yīng)用發(fā)展，解讀產(chǎn)業(yè)政策，展示行業(yè)全景，調(diào)研行業(yè)痛點(diǎn)的“2017全國(guó)氣凝膠材料創(chuàng)新應(yīng)用研討會(huì)”在京召開，工信部原材料司建材處相關(guān)人員表示，當(dāng)前制約氣凝膠大規(guī)模應(yīng)用的因素是價(jià)格和生產(chǎn)工藝，下一步將鼓勵(lì)科研機(jī)構(gòu)和代表性企業(yè)開展產(chǎn)學(xué)研用的平臺(tái)建設(shè)，加快推進(jìn)氣凝膠應(yīng)用示范工程。

隨著國(guó)家政策的推進(jìn)和行業(yè)關(guān)注度的與日俱增，氣凝膠產(chǎn)業(yè)的發(fā)展脈絡(luò)也成為人們關(guān)注的重點(diǎn)。

氣凝膠是由美國(guó)科學(xué)家基斯特勒（Kistler）于1931年發(fā)明的。它的發(fā)明者之所以將其命名為氣凝膠（空氣替換凝膠），是因?yàn)樵跊]有破壞固態(tài)結(jié)構(gòu)的情況下，用空氣將膠體中的液體組分替換出來。盡管這一有趣的材料擁有一些奇異的性質(zhì)，但是直到1970年，氣凝膠才引起了人們足夠的興趣。

近年來，化學(xué)材料、微觀和介觀材料、物理化學(xué)雜志等期刊更愿意接受氣凝膠的相關(guān)研究。較高的引用次數(shù)以及高頻次的刊登，說明氣凝膠研究已經(jīng)得到了足夠而廣泛的重視。

在1970年后，氣凝膠的發(fā)展歷經(jīng)了三次高潮。第一次出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代到80年代。這次意義深遠(yuǎn)的革新是將水玻璃/水系統(tǒng)用有機(jī)前驅(qū)體和對(duì)應(yīng)的有機(jī)溶劑進(jìn)行替代從而快速地制備氣凝膠。該時(shí)期代表性的工作有Teichner的小組在1968年對(duì)TMOS的使用，Russo等人在1986年對(duì)更為安全的TEOS的使用以及二氧化碳超臨界干燥技術(shù)。重要的是，醇化物的水解和縮聚反應(yīng)相對(duì)簡(jiǎn)單且易控制，這就加快了氣凝膠的發(fā)展過程。第一屆和第二屆國(guó)際氣凝膠研討會(huì)分別在1985年和1988年舉行。這是最早以氣凝膠為主題的特殊會(huì)議，也極大地促進(jìn)了氣凝膠領(lǐng)域的發(fā)展。

第二次高潮出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代。這時(shí)期的重大事件是有機(jī)氣凝膠和碳?xì)饽z的誕生以及表面修飾常溫干燥技術(shù)的發(fā)明。在理論方面，以德國(guó)維爾茲堡大學(xué)的Fricke教授課題組為主導(dǎo)的研究者對(duì)氣凝膠的力、熱、光、電、聲等物理性能、規(guī)律以及控制方法進(jìn)行了深入研究，也大幅促進(jìn)了氣凝膠應(yīng)用設(shè)計(jì)的發(fā)展。因此，許多應(yīng)用性研究和工業(yè)化嘗試積極地進(jìn)行，氣凝膠成為了極具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的材料。此外，第三到第六屆國(guó)際氣凝膠研討會(huì)繼續(xù)推進(jìn)著氣凝膠研究的發(fā)展。許多潛在的應(yīng)用在這些研討會(huì)上被提出、討論并且至今還在研究之中。

第三次高潮是從21世紀(jì)初至今，從某種程度上說這是自然會(huì)發(fā)生的蓬勃過程，在此期間也是碩果累累。Gash在2001年研究了一種通用的方法來制備各種氧化物氣凝膠，這種方法用無機(jī)鹽作為前驅(qū)體，環(huán)氧化物作為凝膠促進(jìn)劑。Brock同過改變膠體成分、溶膠凝膠過程以及超臨界干燥過程獲得了硫化物氣凝膠。2006年，梯度密度氣凝膠在成功捕獲高速的彗星和宇航空間粒子后順利返回地球。此后，一系列新氣凝膠被成功制得，包括碳納米管氣凝膠，石墨烯氣凝膠，碳化物氣凝膠以及單質(zhì)氣凝膠。此外，氣凝膠的性能，應(yīng)用價(jià)值，商業(yè)化價(jià)值在這期間也得到了空前發(fā)展，越來越多的科學(xué)家、工程師、政府官員以及公眾聚焦于此，這使得氣凝膠發(fā)展前途一片光明。

目前制約氣凝膠市場(chǎng)壯大的最主要因素是價(jià)格，過高的定價(jià)讓許多嘗試者望而卻步。一旦氣凝膠材料的生產(chǎn)成本顯著下降，市場(chǎng)規(guī)模就會(huì)急劇擴(kuò)大，產(chǎn)品銷量也會(huì)迅速擴(kuò)大，并將革命性地替代傳統(tǒng)絕熱材料。

誰會(huì)是成為氣凝膠領(lǐng)域的“華為”，我們拭目以待。

科技：豪邁的底氣

【關(guān)鍵詞】：科研領(lǐng)域科技研發(fā)節(jié)能納米

科技的大步跨越，諸多研發(fā)力量的投入，為我國(guó)氣凝膠產(chǎn)業(yè)增添了豪邁的底氣。

業(yè)內(nèi)人士告訴記者，如果做到極致，氣凝膠這種固體甚至能飄在空氣中；正面經(jīng)受1000多攝氏度的火焰噴射，背面依然可以用手摸。但難點(diǎn)也在如何做到極致。

氣凝膠的形成過程，業(yè)內(nèi)專家舉了這樣一個(gè)例子：“做豆腐的程序大家都熟悉，我們首先要用原料做成豆?jié){，然后凝固變成豆腐，如果將豆腐里面的水分?jǐn)D出去就是豆干，變成豆干后體積大幅減小。氣凝膠的制備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，所以比較難。”

面對(duì)氣凝膠制備方面的難題，諸多國(guó)內(nèi)外科研領(lǐng)域機(jī)構(gòu)研究人員投身其中。目前，國(guó)際上關(guān)于氣凝膠材料的研究工作主要集中在美國(guó)的加州理工學(xué)院、德國(guó)的維爾茨堡大學(xué)等一流大學(xué)科研機(jī)構(gòu)；國(guó)內(nèi)主要集中在同濟(jì)大學(xué)波爾固體物理實(shí)驗(yàn)室、國(guó)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)等知名院校。當(dāng)前，中國(guó)高校在氣凝膠科研領(lǐng)域的專業(yè)程度以及中國(guó)企業(yè)在低成本氣凝膠制造技術(shù)方面的探索能力，均走在世界前列。

由德國(guó)資助成立的同濟(jì)大學(xué)波爾固體物理研究所早在1991年就將氣凝膠確定為研究方向之一。由于與德國(guó)關(guān)系緊密，該實(shí)驗(yàn)室得以迅速獲得氣凝膠制備技術(shù)，使得同濟(jì)大學(xué)氣凝膠方面的研究在短時(shí)間內(nèi)迅速達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。

到2000年左右，由于居高不下的成本及大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)難以取得技術(shù)突破，氣凝膠始終沒有作為一個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展起來。近幾年，由于能源需求緊張、全球生態(tài)環(huán)境惡化等原因，學(xué)界和業(yè)界又開始攻關(guān)氣凝膠的產(chǎn)業(yè)化。

Allied市場(chǎng)研究公司2014年6月發(fā)布的報(bào)告稱，全球氣凝膠的市場(chǎng)價(jià)值在2013年2.218億美元，預(yù)計(jì)到2020年可達(dá)18.966億美元，在預(yù)測(cè)期內(nèi)（從2014~2020）的年復(fù)合增長(zhǎng)率為36.4%。隨著氣凝膠材料在新的應(yīng)用領(lǐng)域探索的持續(xù)進(jìn)步，市場(chǎng)預(yù)計(jì)，隨著時(shí)間的推移市場(chǎng)增長(zhǎng)的動(dòng)力會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)。

另一研究報(bào)告稱，2010年，全球絕熱材料市場(chǎng)估計(jì)規(guī)模為321億美元，未來年增長(zhǎng)率為6.3%，到2019年可達(dá)556億美元。其中工業(yè)和設(shè)備領(lǐng)域約占總份額三分之一，建筑領(lǐng)域占總分額的三分之二。

氣凝膠材料占據(jù)了整個(gè)絕熱材料市場(chǎng)金字塔模型的塔尖部分，目前在整個(gè)絕熱材料市場(chǎng)中的規(guī)模幾乎是微不足道的，這一方面說明氣凝膠產(chǎn)業(yè)仍然處于早期起步階段，同時(shí)又預(yù)示著其未來具有巨大的發(fā)展空間。

應(yīng)用：豪邁的心聲

【關(guān)鍵詞】：多領(lǐng)域應(yīng)用神奇材料建筑節(jié)能

國(guó)內(nèi)科研院所、企業(yè)如此費(fèi)盡心機(jī)的研究氣凝膠的意義何在？

氣凝膠被稱為“改變世界的神奇材料”，又被稱為“終極保溫絕熱材料”、“超級(jí)海綿”，可用于捕捉空間粒子，正是因其具有的諸多優(yōu)異性能，世界上主要國(guó)家都在投入巨資采用昂貴的技術(shù)設(shè)備生產(chǎn)氣凝膠。我國(guó)目前已將其列入國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。氣凝膠的應(yīng)用領(lǐng)域眾多，從高大上的航天軍工到接地氣的節(jié)能建材，從宇航服到冬暖服，在未來5年里，工業(yè)建筑領(lǐng)域的節(jié)能降耗應(yīng)該是氣凝膠行業(yè)革命的主戰(zhàn)場(chǎng)。

在工業(yè)領(lǐng)域中，電力儲(chǔ)能、石油化工等行業(yè)凡是需要管道保溫或者窯爐保溫的部位都需要用到高效保溫材料，納米孔氣凝膠復(fù)合絕熱材料是首選。

在建筑領(lǐng)域中，建筑墻體保溫、屋面地板保溫，以及氣凝膠玻璃在玻璃幕墻上的應(yīng)用。

在交通運(yùn)輸領(lǐng)域中，納米孔氣凝膠復(fù)合絕熱材料已經(jīng)應(yīng)用在高鐵列車、國(guó)產(chǎn)C919客機(jī)、以及新能源汽車上，主要集中應(yīng)用點(diǎn)是運(yùn)輸工具的隔熱保溫、以及新能源汽車鋰電池的保護(hù)。

在家用保溫和冷鏈物流領(lǐng)域中，納米孔氣凝膠復(fù)合絕熱材料替代傳統(tǒng)材料，用作保溫層，大幅提高保溫效果，增大內(nèi)部容積。

在功能性裝備中，使用氣凝膠超薄夾層制作出的氣凝膠夾克及其他戶外用品。

國(guó)內(nèi)市場(chǎng)氣凝膠行業(yè)起步較晚，前期主要是國(guó)外氣凝膠產(chǎn)品在銷售，市場(chǎng)推廣力度也較小，近年來隨著國(guó)內(nèi)氣凝膠企業(yè)逐步增多，實(shí)力不斷增強(qiáng)，成本不斷下降，規(guī)模不斷擴(kuò)大，再得益于國(guó)內(nèi)節(jié)能減排政策推行和經(jīng)濟(jì)體量的的迅速擴(kuò)大，氣凝膠行業(yè)駛?cè)肓丝焖侔l(fā)展通道。

當(dāng)前，中國(guó)科研院所在氣凝膠領(lǐng)域研究的深度和廣度，中國(guó)企業(yè)在低成本氣凝膠制造技術(shù)方面的鍥而不舍，均走在了世界的前面?；蛟S未來我們會(huì)看到有一家企業(yè)成為氣凝膠領(lǐng)域的華為，依靠技術(shù)創(chuàng)新和低成本在全球攻城拔寨。