導語(yǔ)：

　　這是一組關(guān)于中國氣凝膠產(chǎn)業(yè)發(fā)展思考的文章。僅為拋磚引玉，歡迎更多業(yè)內同仁可以在后臺積極參與討論，共同做大做強氣凝膠產(chǎn)業(yè)。

　　序

　　氣凝膠，是一種具有納米多孔結構的新型材料，1931年由美國Kistler.S.發(fā)明，因輕若薄霧藍色泛藍，又被稱(chēng)為“藍煙”、“凍結的煙”，創(chuàng )下15項吉尼斯紀錄，在熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)、聲學(xué)等領(lǐng)域顯示許多奇特的性能，被稱(chēng)為改變世界的神奇材料，列入20世紀90年代以來(lái)10大熱門(mén)科學(xué)技術(shù)之一，是具有巨大應用價(jià)值的軍民兩用技術(shù)。

　　氣凝膠因成分不同，主要有二氧化硅氣凝膠、氧化鋁氣凝膠、氧化鋯氣凝膠和碳氣凝膠等。當前，二氧化硅氣凝膠的絕熱性能最為引人注目，技術(shù)成熟，國內外氣凝膠的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展大多圍繞二氧化硅氣凝膠絕熱應用展開(kāi)，下文如未特別說(shuō)明，所稱(chēng)氣凝膠均為二氧化硅氣凝膠。

　　氣凝膠因納米多孔網(wǎng)絡(luò )結構，孔隙率高達80～99.8％，室溫導熱系數可低達0.013w/(m•k)，是迄今為止絕熱性能極好的材料，在航空航天、石油化工、電力冶金、船舶車(chē)輛、精密儀器、冰箱冷庫、服裝帳篷、建筑節能等領(lǐng)域的有廣闊的應用前景，是傳統隔熱材料革命性替代產(chǎn)品。

　　伴隨著(zhù)中國經(jīng)濟轉型升級，節能降耗政策的持續大力推進(jìn)，以及中國實(shí)施多年的納米材料戰略，氣凝膠材料近年來(lái)受到了政府、學(xué)術(shù)界、企業(yè)界和投資界的廣泛關(guān)注。

　　氣凝膠是中國正在逐步顯示出的與世界同行幾乎同步且具有較強競爭力的高新技術(shù)及產(chǎn)品之一，某種意義上，中國氣凝膠產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對世界氣凝膠產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將產(chǎn)生越來(lái)越大的影響。

　　當前，中國大學(xué)在氣凝膠領(lǐng)域研究的深度和廣度，中國企業(yè)在低成本氣凝膠制造技術(shù)方面的鍥而不舍，均走在了世界的前面?；蛟S未來(lái)我們會(huì )看到有一家企業(yè)成為氣凝膠領(lǐng)域的華為，依靠技術(shù)創(chuàng )新和低成本在全球攻城拔寨。

　　如果這一天到來(lái)，國內所有從事氣凝膠行業(yè)的人員應該感到欣慰，因為遇上了好的時(shí)代。

　　一、國內外氣凝膠的市場(chǎng)情況

　　1.1. 全球氣凝膠市場(chǎng)情況

　　Allied市場(chǎng)研究公司2014年6月發(fā)布的報告稱(chēng)，全球氣凝膠的市場(chǎng)價(jià)值在2013年2.218億美元，估計到2020年可達18.966億美元，在預測期內（從2014–2020）的年復合增長(cháng)率為36.4%。隨著(zhù)氣凝膠材料在新的應用領(lǐng)域探索的持續進(jìn)步，市場(chǎng)預計，隨著(zhù)時(shí)間的推移市場(chǎng)增長(cháng)的動(dòng)力會(huì )進(jìn)一步增強。

圖1  氣凝膠市場(chǎng)規模預測

　　據了解，美國Aspen公司2008~2013年的復合增長(cháng)率為33.8%，Allied公司的報告可以認為是主要基于美國Aspen公司業(yè)績(jì)情況的較為保守的預測報告，實(shí)際上隨著(zhù)亞太市場(chǎng)的發(fā)展，特別是中國氣凝膠企業(yè)的崛起，氣凝膠行業(yè)未來(lái)的發(fā)展將顯著(zhù)加快。

圖2  2010年全球絕熱市場(chǎng)規模

　　據Freedonia研究公司報告，在2010年，全球絕熱材料市場(chǎng)估計規模為321億美元，未來(lái)年增長(cháng)率為 6.3%，到2019年可達556億美元。其中工業(yè)和設備領(lǐng)域約占總份額三分之一，建筑領(lǐng)域占總分額的三分子二。

　　氣凝膠材料目前占據了整個(gè)絕熱材料市場(chǎng)金字塔模型的塔尖部分，目前在整個(gè)絕熱材料市場(chǎng)中的規模幾乎是微不足道，這一方面說(shuō)明氣凝膠產(chǎn)業(yè)仍然處于早期起步階段，同時(shí)又預示著(zhù)其未來(lái)巨大的發(fā)展空間。

圖3  全球絕熱材料與氣凝膠市場(chǎng)規模預測對比

　　目前制約氣凝膠市場(chǎng)拓展的障礙是高昂的價(jià)格，一旦氣凝膠材料的生產(chǎn)成本得以顯著(zhù)下降，市場(chǎng)規模就會(huì )急劇擴大，產(chǎn)品銷(xiāo)量也會(huì )迅速擴大，并將革命性地替代傳統絕熱材料。

　　那么氣凝膠爆發(fā)的拐點(diǎn)在何時(shí)？實(shí)際上隨著(zhù)氣凝膠材料市場(chǎng)價(jià)格不斷下降，目前在工業(yè)絕熱領(lǐng)域，采用氣凝膠材料的工程總造價(jià)已經(jīng)接近采用傳統保溫材料，但卻具有節能、節省空間、防腐、長(cháng)壽命等顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)。公司依據多年產(chǎn)業(yè)數據和經(jīng)驗判斷，氣凝膠快速發(fā)展的拐點(diǎn)其實(shí)已經(jīng)悄然到來(lái)，一些技術(shù)領(lǐng)先的氣凝膠企業(yè)將獲得爆發(fā)式的發(fā)展！

　　圖4  2020年（左）和2025年（右）氣凝膠市場(chǎng)份額 億美元

　　隨著(zhù)氣凝膠制造成本的顯著(zhù)降低和產(chǎn)能迅速擴張，公司預計5年以后的2020年，氣凝膠行業(yè)企業(yè)將迅速曾多，產(chǎn)能將迅速擴大，氣凝膠行業(yè)整體上進(jìn)入爆發(fā)式的增長(cháng)階段，預計年復合增長(cháng)率高達55%以上，并在未來(lái)10年將迅速替代傳統絕熱材料，特別是在工業(yè)和設備領(lǐng)域，替換得速度會(huì )更快，未來(lái)5～10年，可能達到每年19～170億美元的規模。

　　1.2. 國內氣凝膠市場(chǎng)情況

　　國內市場(chǎng)起步較晚，前期主要是國外氣凝膠產(chǎn)品在銷(xiāo)售，價(jià)格較昂貴，市場(chǎng)推廣力度也較小，近年來(lái)隨著(zhù)國內氣凝膠企業(yè)逐步增多，實(shí)力不斷增強，成本不斷下降，規模不斷擴大，再得益于國內節能減排政策推行和經(jīng)濟體量的迅速擴大，氣凝膠行業(yè)駛入了快速發(fā)展通道。

　　2014年國內氣凝膠產(chǎn)量大約在8500立方米，進(jìn)口產(chǎn)品大約1500立方米，市場(chǎng)規模大約為1.82億元。隨著(zhù)氣凝膠工藝成本的降低和產(chǎn)業(yè)規模的不斷擴大，一些新興應用不斷開(kāi)發(fā)出來(lái)，氣凝膠市場(chǎng)日益成熟。

圖5  國內氣凝膠市場(chǎng)規模

　　中國作為新興經(jīng)濟體，在市場(chǎng)增長(cháng)方面將會(huì )以快于國際平均水平的速度迅速增加，未來(lái)幾年年將進(jìn)入快速增長(cháng)階段。2015年是國內氣凝膠規模的突變之年，新增產(chǎn)能預計達到16000~20000立方米（已經(jīng)實(shí)現量產(chǎn)的主要氣凝膠企業(yè)都在大力擴產(chǎn)），實(shí)際產(chǎn)量約19600立方米，進(jìn)口產(chǎn)品約1000立方米，預計市場(chǎng)規模3.30億，2020年將達到37.16億元，2015年到2020年的復合增長(cháng)率約達61.1%。

圖6 2020年國內氣凝膠市場(chǎng)應用分布 萬(wàn)元

　　目前國內軍品領(lǐng)域需求主要集中在航天、兵器及艦艇等領(lǐng)域；民用領(lǐng)域的石油化工、軌道交通、電力工業(yè)、礦用井下救生艙和城鎮熱力管網(wǎng)已經(jīng)形成一定的市場(chǎng)規模并繼續快速增長(cháng)，特種服裝和帳篷、LNG管線(xiàn)、建筑節能領(lǐng)域應用也開(kāi)始少量試用后期市場(chǎng)巨大。

　　國家新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規劃指出，保溫材料產(chǎn)值將達1200億。預計進(jìn)入“十三五”節能環(huán)保產(chǎn)業(yè)將繼續獲得快速發(fā)展。公司公司推斷，預計2015年到2020年氣凝膠材料將在工業(yè)和設備領(lǐng)域獲得大批量應用，2020年開(kāi)始全面替換傳統工業(yè)保溫材料，分享國內每年約500多億的市場(chǎng)。預計2020年開(kāi)始，氣凝膠材料在建筑領(lǐng)域將開(kāi)始大規模的應用，2025年將全面替代傳統建筑保溫材料，分享國內每年1000多億的市場(chǎng)。

　　二、可供選擇的技術(shù)路線(xiàn)

　　為方便后面討論，及方便部分對氣凝膠感興趣，但對制備工藝不太了解的朋友閱讀，這里簡(jiǎn)要介紹氣凝膠的制備工藝。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，氣凝膠制備包含以下過(guò)程：

圖7  氣凝膠制備的典型工藝過(guò)程

　　氣凝膠性能主要由其納米孔洞結構決定，一般通過(guò)溶膠-凝膠工藝獲得所需納米孔洞和相應凝膠骨架，由于凝膠骨架內部的溶劑存在表面張力，在普通的干燥條件下會(huì )造成骨架的坍縮，氣凝膠制備技術(shù)核心在于避免干燥過(guò)程中由于毛細管力導致納米孔洞結構塌陷。

對應地，為消除應力，一般可以從以下幾個(gè)方面采取措施：

　　根據干燥工藝的不同，主要分為超臨界干燥工藝和常壓干燥工藝兩種，其他尚未實(shí)現批量生產(chǎn)技術(shù)還有真空冷凍干燥、亞臨界干燥等。

　　超臨界干燥技術(shù)是最早實(shí)現批量制備氣凝膠技術(shù)，已經(jīng)較為成熟，也是目前國內外氣凝膠企業(yè)采用較多的技術(shù)。超臨界干燥旨在通過(guò)壓力和溫度的控制，使溶劑在干燥過(guò)程中達到其本身的臨界點(diǎn)，形成一種超臨界流體，處于超臨界狀態(tài)的溶劑無(wú)明顯表面張力，從而可以實(shí)現凝膠在干燥過(guò)程中保持完好骨架結構。目前已經(jīng)實(shí)現批產(chǎn)技術(shù)一般采用二氧化碳作為干燥介質(zhì)，簡(jiǎn)稱(chēng)二氧化碳超臨界干燥技術(shù)。

　　常壓干燥一種新型的氣凝膠制備工藝，是當前研究最活躍，發(fā)展潛力最大的氣凝膠批產(chǎn)技術(shù)。其原理是采用疏水基團對凝膠骨架進(jìn)行改性，避免凝膠孔洞表面的硅羥基相互結合并提高彈性，同時(shí)采用低表面張力液體置換凝膠原來(lái)高比表面積的水或乙醇從而可以在常壓下直接干燥獲得性能優(yōu)異的氣凝膠材料。

　　下面對兩種技術(shù)路線(xiàn)做簡(jiǎn)要的分析對比：

　　設備投入：超臨界干燥技術(shù)使用核心設備為高壓釜，一般工作壓力高達7～20MPa，屬于特種設備中的壓力容器，設備系統較為復雜，運行和維護成本也較高，目前國內已有能提供成套制備超臨界設備的廠(chǎng)家，但數量不多，業(yè)主的議價(jià)能力較弱。常壓干燥技術(shù)采用常規的常壓設備，相對超臨界干燥由于不需要高壓條件，設備投入低，設備系統也較為簡(jiǎn)單，因為大部分化工設備單位都能加工制造，業(yè)主議價(jià)能力較強。

　　生產(chǎn)成本：氣凝膠的生產(chǎn)成本主要集中在硅源、設備折舊和能耗三塊。硅源主要包括水玻璃和有機硅。有機硅價(jià)格較為昂貴，但是純度高，工藝適應性好，既可以應用于超臨界干燥工藝，也可以適用于常壓干燥工藝，目前國內外采用超臨界干燥工藝的企業(yè)基本上都是采用有機硅源。水玻璃價(jià)格低廉，但是雜質(zhì)較多，去除雜質(zhì)的工藝較為繁瑣，目前主要應用于常壓干燥技術(shù)中。設備折舊方面，因超臨界干燥技術(shù)設備投資較高，折舊要要高于常壓技術(shù)。能耗方面，超臨界干燥系統耗電要高于常壓干燥系統，蒸汽消耗方面兩者差別不大。因此，一般而言采用常壓干燥技術(shù)的生產(chǎn)成本要低于超臨界干燥。

　　產(chǎn)品性能：就二氧化硅氣凝膠而言，目前超臨界干燥技術(shù)和常壓干燥技術(shù)生產(chǎn)產(chǎn)品沒(méi)有任何顯著(zhù)或實(shí)質(zhì)意義的區別，基本上超臨界技術(shù)能達到技術(shù)指標，常壓干燥工藝都能達到。在非二氧化硅氣凝膠制備方面，超臨界干燥工藝要成熟很多，不過(guò)還沒(méi)有量產(chǎn)的報道。

　　技術(shù)門(mén)檻：相對而言，超臨界干燥技術(shù)的生產(chǎn)效率、安全性，乃至工藝變更都對設備系統有較高依賴(lài)度，如果設備廠(chǎng)家提供設備系統較為成熟可靠，業(yè)主進(jìn)入技術(shù)門(mén)檻相對較低，這也是許多氣凝膠行業(yè)新進(jìn)入者選擇超臨界工藝原因之一，但也因此受到較多制約。常壓干燥技術(shù)設備的投資門(mén)檻較低，但是技術(shù)門(mén)檻卻較高，對配方的設計和流程組合優(yōu)化有較高要求，如果技術(shù)不過(guò)關(guān)，不僅生產(chǎn)成本可能高于超臨界，甚至于性能指標也不能達到要求。

　　拓展空間：超臨界干燥作為高壓特種設備，如果要擴大生產(chǎn)規模，固定資產(chǎn)投入是巨大的，氣凝膠未來(lái)如果要迎接建筑保溫的巨大市場(chǎng)，比如達到年產(chǎn)50萬(wàn)立方米（這僅是目前中小規模建材企業(yè)的規模），采用超臨界干燥技術(shù)的設備投入將高達數十億，十分不利于氣凝膠企業(yè)的做大做強。而常壓干燥技術(shù)，隨著(zhù)規模擴大，投入產(chǎn)出比會(huì )進(jìn)一步提高，可以較少投資獲得較大生產(chǎn)規模，因而更能適應未來(lái)大生產(chǎn)的需要。此外，受限于硅源，超臨界的原料成本降低空間有限，只能通過(guò)優(yōu)化系統提高生產(chǎn)效率，而常壓干燥對廉價(jià)硅源有較強接納能力，流程優(yōu)化方面也有較多自由度，因而擁有更大的成本下降空間。

　　通過(guò)以上分析，筆者認為，超臨界干燥技術(shù)和常壓干燥技術(shù)各有優(yōu)勢，都有存在的合理性。但就像過(guò)去顯示器領(lǐng)域等離子技術(shù)和液晶技術(shù)的競爭一樣，二者曾難分伯仲，到現在液晶技術(shù)已完全勝出，隨著(zhù)時(shí)間推移，筆者相信，就二氧化硅氣凝膠的制備生產(chǎn)，常壓干燥技術(shù)將獲得壓倒性的勝利。

　　三、氣凝膠主要產(chǎn)品形態(tài)，兼談納米微孔絕熱材料

　　3.1氣凝膠超級絕熱原理

　　如前所述，我們討論的焦點(diǎn)是二氧化硅氣凝膠及其作為超級絕熱材料的應用。氣凝膠何以成為超級絕熱材料？我們先來(lái)看看氣凝膠的超級絕熱原理。

圖 8 熱量傳遞的三種基本方式

　　熱量有三種基本傳遞方式：傳導、對流和輻射。對于保溫材料而言，熱傳導主要由保溫材料中的固體部分來(lái)完成；熱對流則主要由保溫材料中的氣體來(lái)完成；熱輻射的傳遞不需要任何介質(zhì)。

　　1992年，美國召開(kāi)的國際材料工程大會(huì )上提出了超級絕熱材料的概念，指在預定的使用條件下，其導熱系數低于"無(wú)對流空氣"導熱系數的絕熱材料。具有納米孔結構的氣凝膠就是典型超級絕熱材料。

圖 9 氣凝膠與傳統絕熱材料導熱系數對比

　　氣凝膠的超級絕熱性能基于以下原理：

　　“無(wú)窮長(cháng)路徑”效應：由于近于無(wú)窮多納米孔的存在，熱流在固體中傳遞時(shí)就只能沿著(zhù)氣孔壁傳遞，近于無(wú)窮多的氣孔壁構成了近于“無(wú)窮長(cháng)路徑”效應，使得固體熱傳導的能力下降到接近最低極限。

　　“零對流”效應：當氣凝膠材料中的氣孔直徑小于70nm時(shí)，氣孔內的空氣分子就失去了自由流動(dòng)的能力，相對地附著(zhù)在氣孔壁上，這時(shí)材料處于近似真空狀態(tài)，即產(chǎn)生“零對流”效應。

　　“無(wú)窮多遮熱板”的效應：由于材料內的氣孔均為納米級氣孔再加材料本身極低的體積密度，使材料內部氣孔壁數日趨于“無(wú)窮多”，對于每一個(gè)氣孔壁來(lái)說(shuō)都具有遮熱板的作用，因而產(chǎn)生近于“無(wú)窮多遮熱板”的效應，從而使輻射傳熱下降到近乎最低極限。不過(guò)在400℃以上高溫下使用時(shí)，仍然需要加入遮光劑來(lái)增強氣凝膠對高溫紅外線(xiàn)的輻射的抵抗。

　　3.2 氣凝膠主要產(chǎn)品及應用

　　當前氣凝膠的產(chǎn)品形態(tài)主要保溫氣凝膠氈、板、布、紙、顆粒、粉末和異形件等。氣凝膠氈、板、布、紙和異形件，都是氣凝膠與相應產(chǎn)品形態(tài)的纖維復合所得產(chǎn)品，基本的技術(shù)工藝是類(lèi)似的，但是產(chǎn)品應用有較大的區別。

圖10  氣凝膠主要的產(chǎn)品形態(tài)

　　氣凝膠氈是當前產(chǎn)量最大、應用最廣的氣凝膠產(chǎn)品，美國的某氣凝膠企業(yè)更是挑明了只生產(chǎn)氣凝膠氈。筆者之前在市場(chǎng)分析部分提到的航天軍工、石油化工、冶金建材、冰箱冷庫等所有應用領(lǐng)域都可以采用氣凝膠氈。

　　氣凝膠布、紙和異形件主要用于一些特殊需要領(lǐng)域。如氣凝膠布主要是服裝鞋帽領(lǐng)域，氣凝膠紙（薄氈）主要是熱電池和一些空間極小或管徑極細或希望纏繞施工的領(lǐng)域，氣凝膠異形件基本上都是軍工應用和制作可拆卸保溫套。

　　氣凝膠板，其實(shí)氈與板一個(gè)主要區別僅僅是硬度的不同，氈有柔韌性可卷曲，板有一定的剛度，不易彎曲。板的主要應用是大型設備保溫以及未來(lái)的建筑節能內外墻的保溫。對板而言，當前一個(gè)挑戰就是厚度，客戶(hù)往往希望可以達到5～10cm的厚度，而目前氣凝膠產(chǎn)品最大厚度僅為1cm。

　　以上產(chǎn)品共同面臨的一個(gè)問(wèn)題就是產(chǎn)品表面粉塵，也是氣凝膠產(chǎn)品除了高成本外的又一痛點(diǎn)，國外某公司產(chǎn)品對該問(wèn)題已經(jīng)有顯著(zhù)改善，國內目前還沒(méi)有無(wú)塵產(chǎn)品上市，但應該很快也會(huì )攻克。

　　氣凝膠顆粒，目前主要應用是利用氣凝膠透明性，填充在PC板或者中空玻璃總做采光隔熱板，雖有一定市場(chǎng)應用但是規模較小。

　　氣凝膠粉末，相對而言，氣凝膠粉末是最初級也是生產(chǎn)最容易成本最低產(chǎn)品（我們之前了解納米材料大部分都是粉體，就是因為納米粉體制備工藝相對簡(jiǎn)單），氣凝膠產(chǎn)業(yè)化歷史應該也是從粉體開(kāi)始的，不過(guò)遺憾的是迄今為止，尚沒(méi)有為氣凝膠粉體找到有實(shí)質(zhì)意義的批量應用。國外某新創(chuàng )企業(yè)將氣凝膠粉體定位為主要產(chǎn)品，目標市場(chǎng)是氣凝膠涂料，并積極布局中國市場(chǎng)。聽(tīng)起來(lái)很美，還是看看后文對氣凝膠涂料的分析再說(shuō)。

　　除了以上產(chǎn)品，還經(jīng)常有朋友咨詢(xún)氣凝膠真空板（VIP）和氣凝膠涂料。首先，需要說(shuō)明氣凝膠真空板性能確實(shí)是非常優(yōu)異的，最低可達0.002w/m.k，不過(guò)筆者對真空板卻無(wú)太多興趣。實(shí)際上普通玻璃纖維做芯材的真空板也能達到導熱系數0.004w/m.k，用氣凝膠做芯材要么大材小用，要么只是噱頭。最為本質(zhì)的問(wèn)題是真空板漏氣不可避免，只是時(shí)間問(wèn)題，如果用于壽命10年的家電行業(yè)，勉強說(shuō)得過(guò)去，如果用在使用壽命70年建筑領(lǐng)域，對于鋁塑真空封裝的真空板要做到與建筑同壽命，不論是理論上還是工程數據尚不能令人信服。退一萬(wàn)步說(shuō)，即便能不漏氣，不透氣的真空板怎么避免濕氣結露，不能釘不能鉚的真空板怎么確保不會(huì )出現保溫層大面積脫落？這些都是實(shí)實(shí)在在的硬傷。

　　再說(shuō)說(shuō)氣凝膠涂料。傳統保溫材料里涂料是非常重要的一類(lèi)產(chǎn)品，在很多領(lǐng)域發(fā)揮著(zhù)不可替代的重要作用，自從氣凝膠誕生以來(lái)，對氣凝膠涂料的呼喚就沒(méi)停過(guò)，近年來(lái)這種呼喚似乎更甚。前不久有國外的某知名公司推出了氣凝膠砂漿和涂料，還獲得了一個(gè)大獎。初聞消息，真是喜不自勝，多年難題總算攻克了。后來(lái)查看具體產(chǎn)品性能指標參數，興奮勁瞬間消散，0.035w/m.k的導熱系數，真心對不起氣凝膠。國內有公司也開(kāi)發(fā)氣凝膠涂料，指標基本上也是在0.035~0.060w/m.k之間。氣凝膠涂料這樣的指標與傳統保溫涂料在性?xún)r(jià)比上毫無(wú)競爭力可言。

　　為什么氣凝膠涂料開(kāi)發(fā)有那么難呢？一切還都是因為氣凝膠的納米孔結構，真是成也蕭何敗蕭何。氣凝膠因納米孔結構而擁有眾多神奇性能，一時(shí)風(fēng)光無(wú)限，也因納米孔結構導致其在涂料應用開(kāi)發(fā)方面舉步維艱。氣凝膠是納米開(kāi)孔結構，配制氣凝膠涂料不可避免會(huì )導致氣凝膠與液態(tài)介質(zhì)混合，不論是水性試劑還是油性試劑，都很難避免氣凝膠孔洞內液體浸人后產(chǎn)生如前所述的毛細管力，從而使納米多孔結構破壞，進(jìn)而嚴重損害，乃至完全喪失絕熱性能。氣凝膠涂料第二大難以跨越的門(mén)檻是氣凝膠作為比空氣導熱系數還要低超級絕熱材料，當呈粉狀分散在涂料中，即氣凝膠成為分散相，也就是一個(gè)個(gè)孤島，熱量會(huì )繞過(guò)這些孤島繼續傳遞，故而難以制備出與氣凝膠本身優(yōu)異絕熱性能相匹配的涂料來(lái)。

　　難道氣凝膠涂料及就真的無(wú)解了嗎？記得中學(xué)物理老師說(shuō)過(guò)，只要有邊界條件，一切問(wèn)題均有解！就憑著(zhù)這句話(huà)，筆者鍥而不舍的努力試驗，居然就得到了幸運之神垂青，目前筆者開(kāi)發(fā)的氣凝膠涂料指標為0.025w/m.k。所以朋友們，加油吧，氣凝膠涂料還是可以繼續努力做的。

　　3.3 氣凝膠復合材料工藝及納米微孔絕熱材料

　　一般來(lái)說(shuō)氣凝膠因為很脆，基本上無(wú)法當獨應用，市場(chǎng)上銷(xiāo)售的氣凝膠多為氣凝膠與增強纖維的復合產(chǎn)品。復合的方式也大體上分為兩種，一種叫原位復合或一次復合，另一種叫兩次復合。

　　所謂一次復合就在氣凝膠制備過(guò)程的溶膠-凝膠階段，硅溶膠直接浸潤增強纖維，共同經(jīng)歷凝膠老化、改性、干燥，直到產(chǎn)品生產(chǎn)結束。這種方法獲得的氣凝膠復合材料，相對而言，氣凝膠是連續相，纖維是分散相，所得氣凝膠產(chǎn)品往往可以獲得較低的導熱系數，并且產(chǎn)品質(zhì)量的一致性較好，也是目前國內外氣凝膠企業(yè)的主流復合方式。

　　所謂二次復合，就是先制備出氣凝膠粉末，然后在設法把氣凝膠粉末與纖維復合在一起。這種方法獲得產(chǎn)品氣凝膠和纖維都不是連續相，氣凝膠均勻分散難度較大，目前采用此法的氣凝膠企業(yè)較少。（國內某項目引進(jìn)某國技術(shù)，介紹資料里說(shuō)中國目前基本上都是二次復合，他們的優(yōu)勢是一次復合，真是很有幽默感。）

　　但并不是說(shuō)二次復合法就毫無(wú)是處，接下來(lái)要談到的納米微孔產(chǎn)品就借鑒了此法，從產(chǎn)品性能來(lái)講，應該說(shuō)是非常成功的。

　　在納米孔絕熱材料家族，除了氣凝膠外，還有另一個(gè)分支就是納米微孔絕熱材料，其在高溫下優(yōu)異隔熱性能甚至優(yōu)于當前的氣凝膠材料。

　　納米微孔絕熱材料與氣凝膠材料主要區別是：在工藝上，氣凝膠采用的溶膠-凝膠技術(shù)獲得整體連續的納米孔結構，形象說(shuō)來(lái)就像是一個(gè)孔洞尺寸極小的蜂窩，納米微孔絕熱材料制備過(guò)程一般是通過(guò)分散混合工藝把不同組分的納米顆粒與增強纖維均勻分散，加入一定量粘結劑，再經(jīng)壓制成型，通過(guò)納米顆粒堆積形成納米孔洞結構；在產(chǎn)品形態(tài)上，氣凝膠當前以氈和板為主，納米微孔為板和異形件為主；在應用溫度上，氣凝膠一般應用于650℃以下，納米微孔絕熱材料一般應用在700℃以上，1200℃以下的范圍。兩者在使用溫度和產(chǎn)品形態(tài)上有互補性。

圖11  國外某公司納米微孔絕熱材料與氣凝膠高溫導熱系數對比

　　從工藝角度進(jìn)一步展開(kāi)，納米微孔絕熱材料相對于當前氣凝膠主要做了三個(gè)方面的優(yōu)化：一是其組分中含有較高比例的紅外遮光劑，進(jìn)一步制約了高溫輻射對傳熱影響；二是組分纖維含量大大減少，減少了高溫下增強纖維對的熱傳導；三是產(chǎn)品密度一般為350-500kg/m3（氣凝膠一般為200kg/m3左右），平均納米孔徑較小，對高溫下的空氣對流進(jìn)一步限制。

　　納米微孔絕熱材料其實(shí)是一種類(lèi)氣凝膠產(chǎn)品，或者說(shuō)是氣凝膠的一種特殊存在方式（類(lèi)似二次復合法的氣凝膠），兩者的絕熱機理幾乎是一樣的，相信現有氣凝膠復合工藝的經(jīng)過(guò)優(yōu)化改進(jìn)也能在高溫下達到和納米微孔材料一樣優(yōu)異的性能。

　　最后提醒國內同仁，氣凝膠的產(chǎn)品形態(tài)種類(lèi)較多，建議企業(yè)根據自身企業(yè)定位和技術(shù)儲備等情況，選擇適合自身的產(chǎn)品形態(tài)。如與國外企業(yè)合作，在技術(shù)上還應仔細甄別，盡量多方咨詢(xún)和論證，在氣凝膠領(lǐng)域，國內研究機構和企業(yè)或許更值得信賴(lài)。

　　四、迎接產(chǎn)業(yè)窗口期及企業(yè)發(fā)展的三步走

　　4.1迎接產(chǎn)業(yè)窗口期

　　氣凝膠發(fā)明至今已經(jīng)70多年，產(chǎn)業(yè)化的道路也走了70多年，最當銘記的當然是2001年與美國宇航局有密切關(guān)系的ASPEN公司的成立，這是真正商業(yè)意義的氣凝膠產(chǎn)業(yè)化的開(kāi)始。

　　國內氣凝膠研究起步于上世紀90是年代，首家商業(yè)化公司成立于2004年并持續經(jīng)營(yíng)至今。2008年初新華網(wǎng)報道了馬來(lái)西亞的女科學(xué)家試驗室制備了稻殼為原料氣凝膠的消息，國內其他媒體也紛紛轉載。其實(shí)，筆者當時(shí)所在公司在早在2006年就實(shí)現了稻殼為原料氣凝膠的中試生產(chǎn)。重溫舊事只是想再次告訴大家，中國氣凝膠產(chǎn)業(yè)起步幾乎與世界同步，10多年來(lái)學(xué)術(shù)界和企業(yè)界辛勤耕耘下，中國氣凝膠產(chǎn)業(yè)已經(jīng)具備躋身世界一流的可能性。

　　實(shí)際上，如果從產(chǎn)業(yè)生命周期角度，氣凝膠產(chǎn)業(yè)發(fā)展至今，仍然處在較早發(fā)展階段，整體上處于初創(chuàng )期的后期和成長(cháng)期的前期。

圖12  氣凝膠產(chǎn)業(yè)生命周期

　　這一階段，氣凝膠行業(yè)進(jìn)入企業(yè)不斷增多，產(chǎn)品應用不斷擴寬，市場(chǎng)規模不斷擴大，技術(shù)研發(fā)速度加快，產(chǎn)品價(jià)格顯著(zhù)降低，行業(yè)領(lǐng)先的公司進(jìn)入快速增長(cháng)階段，但是尚沒(méi)有一家企業(yè)形成穩固的龍頭地位，掌握低成本核心技術(shù)和一定市場(chǎng)資源的企業(yè)將獲得巨大發(fā)展空間，整個(gè)行業(yè)進(jìn)入了快速發(fā)展的窗口期，也是行業(yè)投資的最佳時(shí)機。

　　即便從2001年算起，氣凝膠行業(yè)的初創(chuàng )期已走過(guò)了15年，近年的發(fā)展呈現出提速趨勢。如前所述，2015年國內氣凝膠行業(yè)產(chǎn)量迅速增加，國內氣凝膠產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢頭火熱，可以預見(jiàn)的是，未來(lái)三年國內氣凝膠行業(yè)新進(jìn)入企業(yè)會(huì )繼續高速增長(cháng)，產(chǎn)量當然也會(huì )不斷創(chuàng )新高，與之對應的氣凝膠項目圈地運動(dòng)也會(huì )此起彼伏，科研院所成果轉化、技術(shù)人員下海創(chuàng )業(yè)、項目融資對接、產(chǎn)學(xué)研合作、各類(lèi)創(chuàng )業(yè)大賽等一幕幕大劇將陸續登場(chǎng)。

　　4.2企業(yè)發(fā)展三步走

　　在了解了氣凝膠產(chǎn)業(yè)所處階段和難得的歷史機遇后，我們還需要思考，如何做大做強中國的氣凝膠產(chǎn)業(yè)。在此，筆者斗膽提出三步走的戰略：

　　第一步：活下去。這一步聽(tīng)起來(lái)稀松平常，卻是最難的，尤其當氣凝膠是以傳統隔熱材料的革命性升級替代產(chǎn)品出現的時(shí)候（實(shí)際上相當比重的傳統隔熱材料經(jīng)過(guò)技術(shù)升級是可以成為氣凝膠企業(yè)的，不過(guò)這仍然不能避免氣凝膠受到傳統材料的整體阻擊）。你都要革人家命了，人家能坐以待斃嗎？你數家，數十家氣凝膠企業(yè)對抗人家數千家傳統隔熱材料企業(yè)，有的甚至的大型跨國企業(yè)，人家行業(yè)資源比你豐富，行業(yè)組織比你成熟，話(huà)語(yǔ)權比你大，客戶(hù)關(guān)系比你好，工程經(jīng)驗比你多，你得一點(diǎn)點(diǎn)去虎口奪食，一點(diǎn)點(diǎn)去用你的品質(zhì)去真誠地感動(dòng)客戶(hù)。目前國內氣凝膠企業(yè)基本上還都是小企業(yè)，資金匱乏、人力有限，還有政商關(guān)系，管理水平提升等一系列問(wèn)題，氣凝膠創(chuàng )業(yè)企業(yè)要活下去絕非易事。連華為這樣牛氣沖天的企業(yè)，任正非還天天喊冬天，首要考慮的是活下去。不論我們理想有多宏達，落地生根首要前提就是活下去。

　　怎么才能活下去呢？你當然可以學(xué)習時(shí)髦的互聯(lián)網(wǎng)搞商業(yè)模式創(chuàng )新，但立足于新材料產(chǎn)業(yè)的實(shí)際，產(chǎn)品的品質(zhì)、成本及服務(wù)可能才是我們應該踏踏實(shí)實(shí)一絲不茍去做好的，唯有充分發(fā)揮氣凝膠產(chǎn)品特性，為客戶(hù)創(chuàng )造盡可能大的價(jià)值，我們才能贏(yíng)得客戶(hù)，壯大自身。市場(chǎng)、技術(shù)、品質(zhì)、成本、服務(wù)，這10字訣是我們活下去的糧食之源，也應該是中國氣凝膠產(chǎn)業(yè)界10年內的首要任務(wù)。

　　氣凝膠的應用領(lǐng)域眾多，從高大上航天軍工到高鐵動(dòng)車(chē)、核電太陽(yáng)能、石油化工、冶金建材、熱力管網(wǎng)等工業(yè)領(lǐng)域的節能，再到最接地氣的建筑節能，在未來(lái)5年里，工業(yè)領(lǐng)域的節能降耗應該是氣凝膠行業(yè)革命的主戰場(chǎng)。

　　第二步：走出去。世界那么大，我想去看看。這句當前網(wǎng)絡(luò )流行語(yǔ)也適用于氣凝膠行業(yè)。在經(jīng)濟全球化的今天，當氣凝膠行業(yè)在國內站穩腳跟后，走出去就是一個(gè)必然的選擇。不過(guò)，我更建議在走出去前，在國內先做好充分準備，特別是知識產(chǎn)權的優(yōu)先布局。這當然不是說(shuō)國內氣凝膠企業(yè)現在不要做國外市場(chǎng)，只是說(shuō)中國當前市場(chǎng)足夠大，足以培育出數家未來(lái)可能沖擊世界一流的氣凝膠企業(yè)，也是一個(gè)練兵的絕佳場(chǎng)地，如果因為某些市場(chǎng)渠道，有機會(huì )做一些海外的訂單，國內市場(chǎng)依然需要高度重視。中國過(guò)去企業(yè)發(fā)展史表明，那些在國內競爭脫穎而出的優(yōu)秀企業(yè)，在殺向海外時(shí)候也往往表現不錯，聯(lián)想、海爾、華為都是如此。當然也可以先做海外市場(chǎng)再做國內市場(chǎng)，前提是你的海外市場(chǎng)渠道夠硬夠廣，而且你在海外擁有足夠份量專(zhuān)利為你產(chǎn)品護航（貼牌加工企業(yè)不在本文討論之列）。

　　第三步：平臺化。這里所說(shuō)的平臺化意思是，國內氣凝膠行業(yè)里的領(lǐng)先企業(yè)經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，已經(jīng)成為大型產(chǎn)業(yè)集團，企業(yè)自身呈平臺化發(fā)展的特點(diǎn)，也可稱(chēng)為依托于近似核心技術(shù)平臺的有限多元化，類(lèi)似目前杜邦、3M和巴斯夫等企業(yè)。盡管企業(yè)主業(yè)可能還是二氧化硅氣凝膠，主要通途可能還是超級絕熱材料，但是其他氧化鋁氣凝膠、氧化鈦氣凝膠、碳氣凝膠等也獲得了產(chǎn)業(yè)化，氣凝膠的批量應用領(lǐng)域也得到很大擴展，吸附催化、吸音隔音、絕緣、防爆、激光靶材、儲能、海水淡化、分形研究、藥物緩釋、高強體育器材乃至一些我們現在還未可知的應用等等，人們提到氣凝膠的時(shí)候，更多的注意到其納米孔結構，不再簡(jiǎn)單視為是一種保溫材料，甚至如國內學(xué)者提出的，氣凝膠成為類(lèi)似于固體、液體、氣體、等離子體的第五種物質(zhì)形態(tài)。

　　同樣需要說(shuō)明的是，氣凝膠材料用途眾多，如果國內氣凝膠企業(yè)根據自身情況，現在就進(jìn)入非二氧化硅氣凝膠產(chǎn)業(yè)化，或氣凝膠非超級隔熱用途的應用開(kāi)發(fā)，筆者認為都是可行的。一句話(huà)，適合自己的鞋才舒服，適合自己路才是最好的。

　　以上，包括序言在內一共5篇文章，僅僅是筆者對當前中國氣凝膠產(chǎn)業(yè)的思考，國內氣凝膠行業(yè)資源如何整合，如何制定和實(shí)施持續創(chuàng )新的知識產(chǎn)權戰略，是否成立產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟等重大議題均未涉及，歡迎氣凝膠業(yè)內同仁、學(xué)術(shù)界、政府人員、投資界等各領(lǐng)域相關(guān)人員對氣凝膠產(chǎn)業(yè)的發(fā)展獻計獻策。本組文章疏漏和不足之處在所難免，聊供補壁。

　　作者：  金承黎 2017-09-29

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