文|石油Link
近日，中國(guó)石化資本公司投資了廣東埃力生科技股份有限公司。據(jù)了解，廣東埃力生是一個(gè)生產(chǎn)氣凝膠新材料的公司。
氣凝膠又被稱(chēng)為神奇的材料，是罕見(jiàn)的可以同時(shí)滿(mǎn)足防火、防水、隔熱、隔音等多種需求的材料?！疤靻?wèn)一號(hào)”火星探測(cè)器和“祝融號(hào)”火星車(chē)上就應(yīng)用了這種新材料。
2022年，氣凝膠更是被國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)（IUPAC）列為“2022年度化學(xué)領(lǐng)域十大新興技術(shù)”之一。
01 神奇的材料——?dú)饽z
那氣凝膠到底是什么呢？
氣凝膠是溶膠凝膠用一定的方式干燥，并使氣體取代凝膠中液體之后形成的一種納米級(jí)多孔固態(tài)材料。
氣凝膠由凝膠狀態(tài)凝固形成，所以?xún)?nèi)部是由納米膠體粒子相互聚集構(gòu)成，呈納米多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
氣凝膠內(nèi)部80%—99.8%的都是空氣，使得它具有極輕的質(zhì)量，也成為目前世界上密度最小的固體，大約只是空氣的三倍，水的6%，玻璃的1%。
當(dāng)我們把氣凝膠放到花蕊上時(shí)，它甚至都?jí)翰粡澔ㄈ铩?/p>
說(shuō)氣凝膠是神奇的材料，輕怕是最不值得提起的一種性質(zhì)。它還有很多優(yōu)良的性質(zhì)，比如抗壓性，氣凝膠在特定方向上具有優(yōu)異的抗壓性能。
氣凝膠的特種性能中最為突出的還要數(shù)它的隔熱性——能夠阻擋上千度的高溫。有人曾經(jīng)嘗試用上千度高溫的火焰炙烤氣凝膠，在氣凝膠的另一側(cè)卻沒(méi)有任何溫度變化。
另外，氣凝膠還有很多的性能，比如使用壽命長(zhǎng)、防水、防腐等。
氣凝膠擁有這么多優(yōu)異的性能，一度被認(rèn)為是“改變世界的多功能材料”。
02 氣凝膠大顯身手
氣凝膠能改變世界是由它的性能決定的，而首當(dāng)其沖的應(yīng)該是隔熱性。氣凝膠的隔熱性讓氣凝膠在一些高溫場(chǎng)合有著重要的作用，比如火星探測(cè)器上。
探索火星的設(shè)備必須要能夠承受“冰與火”的考驗(yàn)。因?yàn)樵谥憰r(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量會(huì)讓周?chē)臏囟润E升至1000℃以上。而在巡視階段，火星車(chē)又不得不在-130℃左右的環(huán)境下工作。
這種嚴(yán)苛的工作條件，讓很多材料望而卻步，而氣凝膠就這樣突出出來(lái)了。
我國(guó)的“天問(wèn)一號(hào)”火星探測(cè)器和“祝融號(hào)”火星車(chē)就應(yīng)用了氣凝膠材料，相當(dāng)于給火星車(chē)穿上了保溫服，使得火星車(chē)能夠?qū)够鹦菄?yán)酷的溫度考驗(yàn)。
此外，氣凝膠的特種性能使得它能夠在很多場(chǎng)合找到用武之地。
IDTechEX（英國(guó)調(diào)查公司）曾經(jīng)對(duì)氣凝膠的應(yīng)用做過(guò)專(zhuān)門(mén)的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)氣凝膠應(yīng)用最多的是石油化工方面（占到了56%），其次是用于工業(yè)隔熱（占到了18%）。
可見(jiàn)，氣凝膠做為新材料與能源有著更加密切的關(guān)系。在傳統(tǒng)能源方面，氣凝膠可以做為石油天然氣管道的保溫層。
與傳統(tǒng)保溫材料相比，二氧化硅氣凝膠絕熱氈導(dǎo)熱系數(shù)僅為其 1/3～1/5，防火性及防水性，抗拉、抗壓能力及化學(xué)穩(wěn)定性都比較優(yōu)異，并且保溫層厚度會(huì)大大降低，壽命更長(zhǎng)，比較符合管道保溫需求。
將氣凝膠用作保溫材料，中國(guó)石油、中國(guó)石化都已經(jīng)有了應(yīng)用案例。比如，克拉瑪依油田在管道運(yùn)輸中就用了氣凝膠材料，不僅使保溫層厚度降低為原來(lái)的一半，還可以在一定程度上節(jié)約成本。
另外，氣凝膠在新能源的發(fā)展中也起到了重要的作用。
近年來(lái)，電動(dòng)車(chē)卻頻頻因?yàn)殇囯姵氐陌l(fā)熱、容易爆炸等問(wèn)題一次次沖上熱搜。解決鋰電池的發(fā)熱問(wèn)題也成了電池企業(yè)一個(gè)棘手的問(wèn)題。
而隔熱阻燃正是氣凝膠的“拿手好戲”。當(dāng)氣凝膠應(yīng)用在新能源汽車(chē)蓄電池芯模組中時(shí)，能夠?qū)㈦姵匕邷啬褪苣芰μ岣咧?00攝氏度以上。隨著新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)等的發(fā)展，氣凝膠在新能源汽車(chē)及儲(chǔ)能行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景廣泛，需求量有望持續(xù)提升。
03 不斷發(fā)展的氣凝膠
起初，氣凝膠是由美國(guó)的科學(xué)家研究出來(lái)的。1931年，美國(guó)科學(xué)家Samuel Stephens Kistler在實(shí)驗(yàn)室利用乙醇超臨界技術(shù)干燥二氧化硅凝膠，再用空氣取代凝膠中的液體之后，還能保持凝膠中的固體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不塌縮，從而得到了氣凝膠。
這種氣凝膠像煙霧一樣，因此也被稱(chēng)為“藍(lán)煙”、“凍煙”、“固態(tài)的煙”。
Kistler在制造氣凝膠的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了氣凝膠具有許多優(yōu)異的性能，所以他認(rèn)為氣凝膠將會(huì)成為未來(lái)非常重要的工業(yè)原料。
后來(lái)，隨著科學(xué)研究的不斷深入，人們又發(fā)現(xiàn)了更多種類(lèi)的氣凝膠，如今氣凝膠已經(jīng)形成一個(gè)龐大的家族。
若按成份劃分的話(huà)，氣凝膠分為有機(jī)的、無(wú)機(jī)的和雜化的氣凝膠。它們都有著各自的優(yōu)勢(shì)，比如無(wú)機(jī)SiO2氣凝膠具有超低熱導(dǎo)率、耐高溫等特點(diǎn)，而有機(jī)物氣凝膠具有較好的韌性。
如果將有機(jī)氣凝膠和二氧化硅氣凝膠結(jié)合，不僅可以增強(qiáng)二氧化硅氣凝膠整體的強(qiáng)度，同時(shí)也使有機(jī)氣凝膠具有了特定功能。
雖然氣凝膠擁有眾多功能，可是有很長(zhǎng)一段時(shí)間是在坐“冷板凳”。
直到1997年，美國(guó)首次將氣凝膠用到火星探測(cè)器上，人們才開(kāi)始認(rèn)識(shí)到氣凝膠的神奇之處。從此，氣凝膠也成為航空航天領(lǐng)域不可替代的隔熱材料。
后來(lái)，人們又開(kāi)發(fā)出氣凝膠眾多的應(yīng)用場(chǎng)景，比如管道保溫、建筑、服裝等。
眾多的企業(yè)也陸續(xù)加入到氣凝膠產(chǎn)業(yè)中，氣凝膠概念從此開(kāi)始升溫。
回顧氣凝膠的歷史，我們發(fā)現(xiàn)氣凝膠已經(jīng)經(jīng)歷四次產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，并推動(dòng)著工藝成本的降低和產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，也有更多的新興應(yīng)用不斷開(kāi)發(fā)出來(lái)，氣凝膠市場(chǎng)也日益成熟。
04 氣凝膠閃耀中國(guó)市場(chǎng)
我國(guó)開(kāi)始出現(xiàn)氣凝膠公司還是在21世紀(jì)初。2004年，第一家氣凝膠產(chǎn)業(yè)的公司納若高科出現(xiàn)。2010年前后，國(guó)內(nèi)第一批氣凝膠生產(chǎn)企業(yè)陸續(xù)出現(xiàn)。
對(duì)于這種神奇的材料，國(guó)家也曾出臺(tái)了多項(xiàng)政策大力鼓勵(lì)行業(yè)發(fā)展。
在2022年，國(guó)家又先后出臺(tái)《高耗能行業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域節(jié)能降碳改造升級(jí)實(shí)施指南》和《關(guān)于開(kāi)展2021年度重點(diǎn)新材料首批次應(yīng)用保險(xiǎn)補(bǔ)償機(jī)制試點(diǎn)工作的通知》等政策明確提出推進(jìn)新材料氣凝膠發(fā)展。
目前，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有近30家氣凝膠生產(chǎn)企業(yè)?，F(xiàn)有產(chǎn)能較大的公司有廣東埃力生、納諾科技、華陸新材、金納科技、中凝科技等。
國(guó)家的鼓勵(lì)支持加上天生優(yōu)越，氣凝膠市場(chǎng)呈現(xiàn)出快速的發(fā)展勢(shì)頭。
據(jù)測(cè)算，2021—2025年我國(guó)氣凝膠市場(chǎng)年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)68.9%。到2025年，我國(guó)氣凝膠市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)百億，市場(chǎng)爆發(fā)的曙光已經(jīng)出現(xiàn)。
氣凝膠良好的發(fā)展勢(shì)頭也吸引了一批行業(yè)外公司進(jìn)入，比如中國(guó)石化。
隨著更多企業(yè)加入，氣凝膠在未來(lái)還將被開(kāi)發(fā)出更多的應(yīng)用場(chǎng)合，整個(gè)產(chǎn)業(yè)也正在變得繁榮起來(lái)。