改变世界的神奇材料气凝胶应用迅速崛起,获得爆发式发展!

气凝胶材料初步应用

气凝胶是一种具有纳米多孔结构的新型材料,1931年由美国科学工作者S.Kistler制得,因轻若薄雾、颜色泛蓝,又被称之为“蓝烟”、“冻结的烟”,创下十余项吉尼斯纪录,在热学、光学、电学、力学、声学等领域显现出许多奇特的性能,被称成为改变世界的神奇材料,是具有巨大应用价值的军民两用技术。

早在1993年美国NASA就已将气凝胶应用到航空航天各个领域。目前应用到服装领域的气凝胶是一种复合材料,它的保暖性很好,但是克重较重,柔韧性较差,而且在使用过程中气凝胶粉末会逐渐逸出,体验效果并不理想。

图1

图1为一代玻纤气凝胶复合材料,在扫描电子显微镜下可清晰的看到气凝胶颗粒浮于表面,它易掉粉、手感硬、不透气、不易剪裁,故在建材及工业上使用为主。

图2

图2为二代S.Kistler纺织专用气凝胶复合材料“蓝奇热”,在显微镜下可以清楚的看到,每个气凝胶颗粒都被捆绑住,具有不掉粉、柔软、可洗、透气等性能,是由陆海明博士带队研发的,并将其申请了发明专利,解决了气凝胶不能应用于纺织行业几十年的难题。

陆海明博士,师从Prof.Robin Grimes (时任英联邦首席科学顾问).本科在帝国理工学院的材料工程专业以一等荣誉毕业,获得了“Ernest Edward Glory Scholarship”。随后,他以EPSRC全额奖学金继续在帝国理工攻读博士学位。回国后,进入上海交通大学,执教鞭于材料学院,并加入潘建生院士的科研团队。2017年与合伙人共同创立疏博(上海)纳米科技有限公司。

气凝胶材料前景预测

目前制约气凝胶市场拓展的最大障碍是其高昂的造价,一旦气凝胶材料的生产成本得以显著下降,市场规模就会急剧扩大,并将革命性地替代传统绝热材料。

目前在工业绝热领域,气凝胶材料同传统保温材料相比具有节能、节省空间、防腐、长寿命等显著优点。气凝胶快速发展的拐点已经悄然到来,技术领先的气凝胶企业将获得爆发式发展。

随着气凝胶材料产能迅速扩张,预计到2020年气凝胶行业企业将迅速增加,整体上进入爆发式的增长阶段,在未来几年可能达到每年19-170亿美元的规模。

资料来源:前瞻产业研究院整理气凝胶材料应用领域

1、气凝胶材料在输热管道方面的应用

现在的工业输送供热管道,管内温度从几十度至几千度都有。这些管道的保温工程多数使用硅酸铝镁质材料、玻璃纤维类材料,可能会存在以下问题:

①保温结构不合理,厚度不规范,效果不到位;

②稳定性差易变形,破损率大,后期保温效果差;

③使用寿命短,维护成本提升,费用增加等;

气凝胶材料在输热管道方面的应用优势:

①隔热效果是传统材料的几倍,高温下更明显寿命更长;

②质轻易剪裁,以适应不同形状的管道设备,减少安装成本;

③体积更轻,减少运输成本和使用面积;

④保温的同时还有降噪等功能,提高环境质量,保护设备;

⑤用更小的体积和厚度就可达到传统材料相同效果,利用率高;

2、气凝胶材料在涂料方面的应用

涂料行业发展至今,分类越发细致。纳米气凝胶复合涂料是新兴的品类,又可分成保温隔热涂料、疏水涂料等不同品种,拥有十分广阔的应用前景。

气凝胶材料在涂料方面的应用优势:

①绿色环保,对生态环境有好处;

②应用广泛,施工操作简单方便;

③维护费用低,修复简单;

④同等保温效果需要的体积更小更薄;

⑤使用寿命长,而且具有很好的防火阻燃性能;

3、气凝胶材料在日常生活方面的应用

气凝胶复合材料以其绝佳的保温性能可广泛应用在睡袋、帐篷、防护服、登山鞋等日用品上,相对于其他材料来说具有最高的抗寒隔热性能,而且更少的厚度和重量使其可以具有更多的潮流与设计方案。

气凝胶的应用领域众多,大到航天军工到高铁动车、核电太阳能、石油化工、冶金建材、热力管网等工业领域的使用;小到日常的生活用品睡袋、帐篷、防护服、登山鞋等等的使用;在未来几年的时间里,气凝胶材料将是行业革命的主战场!希望将气凝胶材料应用到更宽更广的领域,同时也希望各界有识之士能够参与其中,共同携手探索、开拓领域,让科技造福于人!

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