——訪美國德克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校教授魯紅兵
氣凝膠對于普通百姓來說還是一個較為陌生的詞匯，但是國際材料以及科學(xué)領(lǐng)域?qū)λ鼌s是情有獨(dú)鐘，這種被譽(yù)為“革命性的新材料”總是能給人帶來驚喜。氣凝膠是目前已知的世界上最輕、保溫性能最好的固體材料，具有超輕質(zhì)、極低熱導(dǎo)率、高熱穩(wěn)定性、高吸附性、高吸能、隔音等特性，在化工、石化、冶金、管道、熱工設(shè)備、建筑、航天及軍事等領(lǐng)域都具有非常廣泛的應(yīng)用價值與潛力。
氣凝膠被國際稱之為“改變世界的十大神奇材料”之一，擁有十五項(xiàng)世界吉尼斯紀(jì)錄。據(jù)了解，氣凝膠在20世紀(jì)70年代開始應(yīng)用于航天領(lǐng)域，2002 年美國宇航局將航天材料技術(shù)轉(zhuǎn)為工業(yè)應(yīng)用，利用超臨界技術(shù)生產(chǎn)氣凝膠氈制品，被稱為工業(yè)領(lǐng)域革命性的保溫方案。此后科研院所、工業(yè)企業(yè)紛紛開始涉獵氣凝膠的研究與應(yīng)用，國際上迎來了研發(fā)氣凝膠制品的一個浪潮。
那么國際上氣凝膠的研究與應(yīng)用是什么樣的，而我國目前處于一個什么狀態(tài)呢？為此記者采訪到了美國德克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校教授魯紅兵，請他站在國際的角度分析一下我國氣凝膠產(chǎn)業(yè)的發(fā)展境況。
魯紅兵，1986年在華中工學(xué)院取得學(xué)士學(xué)位，1988年12月清華大學(xué)工程力學(xué)系畢業(yè)獲得碩士學(xué)位，1997年在加州理工學(xué)院獲得航空學(xué)博士學(xué)位?，F(xiàn)任美國德克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校機(jī)械工程系教授、副系主任。同時是美國航空航天學(xué)會通訊院士。魯教授及其團(tuán)隊(duì)從事新一代高韌性氣凝膠的制備及其改性研究十余年，成功制備出高分子增韌無機(jī)（如二氧化硅）氣凝膠和高分子氣凝膠，并已發(fā)明低成本、高效、快速、大規(guī)模生產(chǎn)高韌性氣凝膠的方法，用于隔音、絕熱等領(lǐng)域。
開拓國際視野 解決自身問題
當(dāng)記者問到國際與國內(nèi)相比，對氣凝膠的研發(fā)應(yīng)用進(jìn)展如何時，魯紅兵說：“在氣凝膠研發(fā)方向上當(dāng)前國際和國內(nèi)是一致的，近年來國內(nèi)的研發(fā)已經(jīng)開始迎頭趕上，并且勢頭強(qiáng)勁，或許在不久的將來要超越國際水平。因?yàn)槟壳霸S多發(fā)達(dá)國家已經(jīng)將環(huán)境治理的很好，在節(jié)能減排方面對它的需求壓力并不是很大，研究氣凝膠更多的是一些企業(yè)為了減少成本，或者可以說是為了錦上添花?！?
以美國為例，實(shí)際上它并不是一個節(jié)約的國家，美國人均的能源用量大概是中國的10倍以上。雖然美國有很嚴(yán)格的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，并不是真正的浪費(fèi)，但由于人均居住面積大，居住較為分散等原因?qū)е缕淠茉聪牧看?。魯紅兵說：“我以自己的房子為例，由于美國節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)很高，按照新房子屋頂保溫層的建筑標(biāo)準(zhǔn)是R60，也就是玻璃纖維的厚度需要30英寸，外墻主要用的是磚，一般為3英寸，寒冷的地方需要6英寸?！比欢?，將此標(biāo)準(zhǔn)放在中國就很難實(shí)施了，因?yàn)橹袊丝诒姸?，對資源的需求量較大，每家都使用如此厚的保溫材料顯然不太契合實(shí)際，因此中國應(yīng)該對研發(fā)輕薄節(jié)能材料需求更為緊迫。
據(jù)魯紅兵介紹，在國際上當(dāng)前有許多學(xué)校已經(jīng)對氣凝膠進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，如加拿大洛杉磯分校、密歇根州立大學(xué)，以及歐洲許多國家把它作為一個研究方向。他說：“我當(dāng)前也和密蘇里科學(xué)技術(shù)大學(xué)合作，原來在海軍研究所做氣凝膠應(yīng)用的研究，由于傳統(tǒng)的氣凝膠非常脆，應(yīng)用中需要韌性好一些的材料，我就想辦法在傳統(tǒng)氣凝膠納米可溶的基礎(chǔ)上鍍上薄薄的高分子材料，這樣看上去和傳統(tǒng)氣凝膠一樣，但是韌性非常好，不再需要其他材料做基體材料。在研究中還發(fā)現(xiàn)它的隔音性能非常好，我想這也是對國內(nèi)噪音污染問題的一個很好的解決方案?！?
目前發(fā)達(dá)國家的氣凝膠應(yīng)用領(lǐng)域也集中在保溫方面，但對其研究的方向有很多，有無機(jī)氣凝膠、有機(jī)氣凝膠、無機(jī)-有機(jī)雜化氣凝膠以及碳?xì)饽z等。當(dāng)前已經(jīng)研發(fā)出的有機(jī)氣凝膠具有保溫、隔音的功能，并且可以直接使用，工業(yè)化生產(chǎn)過程也不是很復(fù)雜。由于這種新技術(shù)材料才剛剛研發(fā)出來，生產(chǎn)成本也還比較高，目前還沒有得到廣泛應(yīng)用。魯紅兵說：“我很想推廣氣凝膠的應(yīng)用，你們目前搭建的氣凝膠創(chuàng)新應(yīng)用推進(jìn)中心可以將國際上最先進(jìn)的技術(shù)傳遞給國內(nèi)機(jī)構(gòu)。最開始要引導(dǎo)氣凝膠應(yīng)用于高端領(lǐng)域，在生產(chǎn)技術(shù)成熟后價格自然會降下來，這樣就能有更多的領(lǐng)域應(yīng)用這種新材料了?！?
集中優(yōu)勢資源 必將迎頭趕上
魯紅兵對于國內(nèi)的氣凝膠的研發(fā)與應(yīng)用非常有信心，他說：“對于氣凝膠領(lǐng)域的研發(fā)，開始的時候國內(nèi)是稍滯后了一些，但當(dāng)前政府非常重視環(huán)保問題，正在提高節(jié)能、防火等方面的標(biāo)準(zhǔn)，推動氣凝膠的研發(fā)與應(yīng)用，不斷增長的內(nèi)生動力使得這兩年氣凝膠的行業(yè)的復(fù)合增長率已將超過了美國，今后一定會處于國際領(lǐng)先水平的?！?
由于氣凝膠產(chǎn)品與傳統(tǒng)隔熱材料相比價格較貴，但從長遠(yuǎn)考慮它的綜合成本反而會低，對環(huán)境的壓力也小，其綜合效益比傳統(tǒng)的隔熱材料要好。因此在推廣氣凝膠應(yīng)用上不能僅僅依靠市場，國家的推動作用非常關(guān)鍵。魯紅兵說：“由于國外研發(fā)的競爭比較激烈，很難把大量的優(yōu)勢資源給某一教授或行業(yè)。但國內(nèi)目前對節(jié)能環(huán)保高度重視，可以將雄厚的資源集中在一些比較強(qiáng)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)上，進(jìn)行高投入的研發(fā)攻關(guān)，這樣氣凝膠產(chǎn)業(yè)就比較容易發(fā)展壯大。而且目前國內(nèi)氣凝膠領(lǐng)域也開始增加與國際上的交流，逐漸改變了理論陳舊的現(xiàn)狀，這是一個非常好的現(xiàn)象?！?
據(jù)了解美國的氣凝膠研發(fā)都是以市場為主導(dǎo)的企業(yè)自發(fā)行為，很少會有像我國這樣有國家層面的支持，因此行業(yè)發(fā)展很大程度是由經(jīng)濟(jì)利益決定的。魯紅兵認(rèn)為，國內(nèi)正是有北建工這樣的國有企業(yè)去做氣凝膠的研發(fā)與推廣，更多的是為了社會效益和環(huán)境效益投入大量的人力物力和財力資源，才能更好的推動氣凝膠行業(yè)發(fā)展。
做精保溫隔熱 開拓推廣應(yīng)用
魯紅兵指出在國內(nèi)的氣凝膠推廣應(yīng)用工作中，在保溫隔熱領(lǐng)域的優(yōu)勢已經(jīng)非常明顯了，因此要先把氣凝膠制品的保溫功能做好做精，并在研究過程中向其他領(lǐng)域延伸，例如目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的隔音功能等。
魯紅兵在北京建工新材公司見到企業(yè)用氣凝膠氈做的蒙古包模型時，非常激動地說：“你們做的這個蒙古包是一個非常好的創(chuàng)新，同時也是氣凝膠在應(yīng)用領(lǐng)域的一個探索。當(dāng)前常見的二氧化硅氣凝膠在學(xué)術(shù)上能做的研究比較有限，產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)也不是很困難，因?yàn)闅饽z的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣，并且還有很多要解決的困難，因此當(dāng)前氣凝膠行業(yè)發(fā)展關(guān)鍵在產(chǎn)品應(yīng)用上。”
據(jù)了解這些氣凝膠氈蒙古包是為蒙古國研發(fā)生產(chǎn)的，在蒙古國冬季氣溫會低至-40℃，為了達(dá)到國家規(guī)定的75%節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，使用傳統(tǒng)毛氈則需要達(dá)到180mm的厚度，而傳統(tǒng)的蒙古包毛氈厚度則為10mm~30mm，根本無法達(dá)到節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，而且冬天人們居住在里面會十分的寒冷，需要持續(xù)燃燒大量的能源進(jìn)行供暖。
使用氣凝膠氈作為保溫層，只需要50mm的厚度就可以達(dá)到國家要求的75%的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，在室外20℃左右的時候，經(jīng)過加熱使其室內(nèi)達(dá)到50℃，在不進(jìn)行冷熱空氣交換的前提下，會持續(xù)保持這個溫度差。因此人們可以真正的實(shí)現(xiàn)在大雪紛飛的嚴(yán)冬里，坐在舒適溫暖的蒙古包里，過著吃著烤羊腿喝著馬奶酒的美好生活。
