中国气凝胶产业有望赶超“国际巨头”

发布者:中国绿色建材产业发展联盟发布时间:2017-03-15浏览次数:63

 

中国气凝胶产业有望赶超国际巨头

——访美国德克萨斯大学达拉斯分校教授鲁红兵

 

鲁红兵,1986年在华中工学院取得学士学位,198812月清华大学工程力学系毕业获得硕士学位,1997年在加州理工学院获得航空学博士学位。现任美国德克萨斯大学达拉斯分校机械工程系教授、副系主任。同时是美国航空航天学会通讯院士。鲁教授及其团队从事新一代高韧性气凝胶的制备及其改性研究十余年,成功制备出高分子增韧无机(如二氧化硅)气凝胶和高分子气凝胶,并已发明低成本、高效、快速、大规模生产高韧性气凝胶的方法,用于隔音、绝热等领域。

本报记者 董亚楠

气凝胶对于普通百姓来说还是一个较为陌生的词汇,但是国际材料以及科学领域对它却是情有独钟,这种被誉为革命性的新材料总是能给人带来惊喜。气凝胶是目前已知的世界上最轻、保温性能最好的固体材料,具有超轻质、极低热导率、高热稳定性、高吸附性、高吸能、隔音等特性,在化工、石化、冶金、管道、热工设备、建筑、航天及军事等领域都具有非常广泛的应用价值与潜力。

气凝胶被国际称之为改变世界的十大神奇材料之一,拥有十五项世界吉尼斯纪录。据了解,气凝胶在20世纪70年代开始应用于航天领域,2002 年美国宇航局将航天材料技术转为工业应用,利用超临界技术生产气凝胶毡制品,被称为工业领域革命性的保温方案。此后科研院所、工业企业纷纷开始涉猎气凝胶的研究与应用,国际上迎来了研发气凝胶制品的一个浪潮。

那么国际上气凝胶的研究与应用是什么样的,而我国目前处于一个什么状态呢?为此记者在北京建工新型建材有限责任公司采访到了前来交流的美国德克萨斯大学达拉斯分校教授鲁红兵,请他站在国际的角度分析一下我国气凝胶产业的发展境况。

开拓国际视野 解决自身问题

当记者问到国际与国内相比,对气凝胶的研发应用进展如何时,鲁红兵说:在气凝胶研发方向上当前国际和国内是一致的,近年来国内的研发已经开始迎头赶上,并且势头强劲,或许在不久的将来要超越国际水平。因为目前许多发达国家已经将环境治理的很好,在节能减排方面对它的需求压力并不是很大,研究气凝胶更多的是一些企业为了减少成本,或者可以说是为了锦上添花。

以美国为例,实际上它并不是一个节约的国家,美国人均的能源用量大概是中国的10倍以上。虽然美国有很严格的节能标准,并不是真正的浪费,但由于人均居住面积大,居住较为分散等原因导致其能源消耗量大。鲁红兵说:我以自己的房子为例,由于美国节能标准很高,按照新房子屋顶保温层的建筑标准是R60,也就是玻璃纤维的厚度需要30英寸,外墙主要用的是砖,一般为3英寸,寒冷的地方需要6英寸。然而,将此标准放在中国就很难实施了,因为中国人口众多,对资源的需求量较大,每家都使用如此厚的保温材料显然不太契合实际,因此中国应该对研发轻薄节能材料需求更为紧迫。

据鲁红兵介绍,在国际上当前有许多学校已经对气凝胶进行了系统的研究,如加拿大洛杉矶分校、密歇根州立大学,以及欧洲许多国家把它作为一个研究方向。他说:我当前也和密苏里科学技术大学合作,原来在海军研究所做气凝胶应用的研究,由于传统的气凝胶非常脆,应用中需要韧性好一些的材料,我就想办法在传统气凝胶纳米可溶的基础上镀上薄薄的高分子材料,这样看上去和传统气凝胶一样,但是韧性非常好,不再需要其他材料做基体材料。在研究中还发现它的隔音性能非常好,我想这也是对国内噪音污染问题的一个很好的解决方案。

目前发达国家的气凝胶应用领域也集中在保温方面,但对其研究的方向有很多,有无机气凝胶、有机气凝胶、无机-有机杂化气凝胶以及碳气凝胶等。当前已经研发出的有机气凝胶具有保温、隔音的功能,并且可以直接使用,工业化生产过程也不是很复杂。由于这种新技术材料才刚刚研发出来,生产成本也还比较高,目前还没有得到广泛应用。鲁红兵说:我很想推广气凝胶的应用,你们目前搭建的气凝胶创新应用推进中心可以将国际上最先进的技术传递给国内机构。最开始要引导气凝胶应用于高端领域,在生产技术成熟后价格自然会降下来,这样就能有更多的领域应用这种新材料了。

集中优势资源 必将迎头赶上

鲁红兵对于国内的气凝胶的研发与应用非常有信心,他说:对于气凝胶领域的研发,开始的时候国内是稍滞后了一些,但当前政府非常重视环保问题,正在提高节能、防火等方面的标准,推动气凝胶的研发与应用,不断增长的内生动力使得这两年气凝胶的行业的复合增长率已将超过了美国,今后一定会处于国际领先水平的。

由于气凝胶产品与传统隔热材料相比价格较贵,但从长远考虑它的综合成本反而会低,对环境的压力也小,其综合效益比传统的隔热材料要好。因此在推广气凝胶应用上不能仅仅依靠市场,国家的推动作用非常关键。鲁红兵说:由于国外研发的竞争比较激烈,很难把大量的优势资源给某一教授或行业。但国内目前对节能环保高度重视,可以将雄厚的资源集中在一些比较强的研发团队上,进行高投入的研发攻关,这样气凝胶产业就比较容易发展壮大。而且目前国内气凝胶领域也开始增加与国际上的交流,逐渐改变了理论陈旧的现状,这是一个非常好的现象。

北京建工新型建材有限责任公司就是非常有代表性的一个企业,它作为北京建工集团的全资子公司,可以得到雄厚的资金支持和丰富的工程应用经验。在国内需求强烈的大环境下,在政府鼓励高校研究成果转换的大趋势下,企业从理论研究到有自己的生产技术用了5年的时间,拥有十五六位硕士组成的独立研发团队,孜孜以求的推动着气凝胶的研发与推广工作。目前气凝胶项目已被列为北建工集团公司一类战略投资项目,在廊坊新建120余亩现代化新材料生产与研发基地,用于气凝胶系列产品的生产、研发和检测,已形成气凝胶颗粒/粉末、气凝胶复合绝热毡、气凝胶绝热板、气凝胶异形件等系列产品。

据了解美国的气凝胶研发都是以市场为主导的企业自发行为,很少会有像我国这样有国家层面的支持,因此行业发展很大程度是由经济利益决定的。鲁红兵认为,国内正是有北建工这样的国有企业去做气凝胶的研发与推广,更多的是为了社会效益和环境效益投入大量的人力物力和财力资源,才能更好的推动气凝胶行业发展。

做精保温隔热 开拓推广应用

鲁红兵指出在国内的气凝胶推广应用工作中,在保温隔热领域的优势已经非常明显了,因此要先把气凝胶制品的保温功能做好做精,并在研究过程中向其他领域延伸,例如目前已经发现的隔音功能等。

鲁红兵在北京建工新材公司见到企业用气凝胶毡做的蒙古包模型时,非常激动地说:你们做的这个蒙古包是一个非常好的创新,同时也是气凝胶在应用领域的一个探索。当前常见的二氧化硅气凝胶在学术上能做的研究比较有限,产品的研发生产也不是很困难,因为气凝胶的应用领域非常广,并且还有很多要解决的困难,因此当前气凝胶行业发展关键在产品应用上。

据了解这些气凝胶毡蒙古包是为蒙古国研发生产的,在蒙古国冬季气温会低至-40,为了达到国家规定的75%节能标准,使用传统毛毡则需要达到180mm的厚度,而传统的蒙古包毛毡厚度则为10mm~30mm,根本无法达到节能标准,而且冬天人们居住在里面会十分的寒冷,需要持续燃烧大量的能源进行供暖。

使用气凝胶毡作为保温层,只需要50mm的厚度就可以达到国家要求的75%的节能标准,在室外20左右的时候,经过加热使其室内达到50,在不进行冷热空气交换的前提下,会持续保持这个温度差。因此人们可以真正的实现在大雪纷飞的严冬里,坐在舒适温暖的蒙古包里,过着吃着烤羊腿喝着马奶酒的美好生活。

不仅如此,由北京建工牵头发起的气凝胶创新应用推进中心作为中国绿色建材产业发展联盟的专业委员会,也在同业内从事气凝胶研究、生产、应用及服务的代表企业以及相关科研院校、企事业单位等,共同推进气凝胶行业产业化应用与发展。中心搭建政、产、研、用的专业交流平台,为我国气凝胶在国内的推广和应用贡献出自己的力量。

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