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20世纪30年代诞生的气凝胶,从因成本高昂不受重视,发展到今天走向下游产业。这期间气凝胶经历了怎样的“革命”?我们一起来看一下气凝胶的崛起历程。
1、认识气凝胶
气凝胶,看这个陌生的名词,我们不一定知道它是什么。但我们可以通过生活中的例子来了解它。首先来认识一下凝胶,我们常吃的豆腐、果冻等就是凝胶。如果将它们里面的水占据的空间,通过一定的干燥技术替换成空气,那它们即是气凝胶的形态。
简单理解,一般气凝胶的常规定义是通过溶胶凝胶法,用一定的干燥方式,使气体取代的凝胶中的液态,从而形成一种纳米级多孔固态材料。
如今气凝胶的制备技术已极大提升,核心在于克服表面张力的作用下,将凝胶中的溶剂去除,同时保持凝胶三维纳米网络结构不被破坏;这种结构也是让气凝胶本身具有多种性能优势的关键因素之一。
但是“金子的发光”也需要时间的沉淀、人为的动力,气凝胶从1931年发展到今天,也是跨越了重重困难。从这块小小的固体材料中,我们回顾它的发展历程,才会深知它的“来之不易”。
2、四次产业化
一开始是两名科学家的打赌成就了气凝胶的诞生。而后,气凝胶历经四次产业化,如今我们就在见证气凝胶的第四次产业化阶段。
气凝胶第一次产业化是在20世纪40年代早期,美国孟山都公司生产气凝胶粉体以用作化妆品、凝固汽油增稠剂等,但最终因高昂的制造成本及应用开发的滞后以失败告终。
第二次产业化发生在20世纪80年代,本阶段出现了不同技术方向的典型代表。瑞典公司的甲醇超临界技术、美国公司的CO₂超临界技术、德国公司的常压干燥技术等为代表的超临界技术迸发,人们持续探索气凝胶身上的更多可能性。在2003年,我国同济大学开始发表常压干燥的研究论文,我国技术工作者在常压干燥领域的投入逐渐增多,这是我国迈向气凝胶探索的重要一步。
第三次产业化是相当具有代表性的一个节点。在21世纪初,美国Aspen Aerogel成功将气凝胶商业化,将其应用于航天军工、石化领域,受到市场青睐。这是气凝胶商业化的一个雏形,在气凝胶绝热毡、粉体等制品正式投入使用后,气凝胶的浪潮愈发澎湃,我国也开始出现从事气凝胶材料产业化研究的企业。
如今,我们正经历气凝胶的第四次产业化。随着气凝胶制备技术的成熟、工艺成本的降低、产业规模的扩大,气凝胶市场日益成熟,也愈发多企业入局此赛道。从陆续开拓了工业设备管道节能、新能源汽车安全防护、建筑防火隔热保温等应用市场,到气凝胶因为政策、节能等因素价值得到重视,气凝胶至今都在不断迈向新的台阶。
总结回顾气凝胶的产业化历程,数次受挫与市场需求开发不足以及成本过高息息相关。发展到今天的第四次产业化,气凝胶已经有了相当大的突破,即便成本依然是一个关键的考虑因素;但随着应用领域的拓宽、市场需求增加以及制备工艺的突破,气凝胶的普及应用指日可待。