和田中國氣凝膠產(chǎn)業(yè)有望趕超“國際巨頭”
文章出處:本站 人氣:52055 發(fā)表時間:2018-01-16 10:27:32
提示:氣凝膠對于普通百姓來說還是個較為陌生的詞匯,但是國際材料以及科學域?qū)λ鼌s是情有鐘,這種被譽為“革命性的新材料”總是能給人帶來驚喜。氣凝膠是目前已知的上輕、保溫性能好的固體材料,具有超輕質(zhì)、低熱導率、高熱穩(wěn)定性、高吸附性、高吸能、隔音等特性,在化工、石化、冶金、管道、熱工設備、建筑、航天及軍事等域都具有非常廣泛的應用價值與潛力。
——訪美國德克薩斯大學達拉斯分校教授魯紅兵
氣凝膠對于普通百姓來說還是個較為陌生的詞匯,但是國際材料以及科學域?qū)λ鼌s是情有鐘,這種被譽為“革命性的新材料”總是能給人帶來驚喜。氣凝膠是目前已知的上輕、保溫性能好的固體材料,具有超輕質(zhì)、低熱導率、高熱穩(wěn)定性、高吸附性、高吸能、隔音等特性,在化工、石化、冶金、管道、熱工設備、建筑、航天及軍事等域都具有非常廣泛的應用價值與潛力。
氣凝膠被國際稱之為“改變的十大神奇材料”之,擁有十五項吉尼斯紀錄。據(jù)了解,氣凝膠在20世紀70年代開始應用于航天域,2002 年美國宇航局將航天材料技術(shù)轉(zhuǎn)為工業(yè)應用,利用超臨界技術(shù)生產(chǎn)氣凝膠氈制品,被稱為工業(yè)域革命性的保溫方案。此后科研院所、工業(yè)企業(yè)紛紛開始涉獵氣凝膠的研究與應用,國際上迎來了研發(fā)氣凝膠制品的個浪潮。
那么國際上氣凝膠的研究與應用是什么樣的,而我國目前處于個什么狀態(tài)呢?為此記者采訪到了美國德克薩斯大學達拉斯分校教授魯紅兵,請他站在國際的角度分析下我國氣凝膠產(chǎn)業(yè)的發(fā)展境況。
魯紅兵,1986年在華中工學院取得學士學位,1988年12月清華大學工程力學系畢業(yè)獲得碩士學位,1997年在加州理工學院獲得航空學博士學位?,F(xiàn)任美國德克薩斯大學達拉斯分校機械工程系教授、副系主任。同時是美國航空航天學會通訊院士。魯教授及其團隊從事新代高韌性氣凝膠的制備及其改性研究十余年,成功制備出高分子增韌無機(如二氧化硅)氣凝膠和高分子氣凝膠,并已發(fā)明低成本、高效、快速、大規(guī)模生產(chǎn)高韌性氣凝膠的方法,用于隔音、熱等域。
開拓國際視野 解決自身問題
當記者問到國際與國內(nèi)相比,對氣凝膠的研發(fā)應用進展如何時,魯紅兵說:“在氣凝膠研發(fā)方向上當前國際和國內(nèi)是致的,近年來國內(nèi)的研發(fā)已經(jīng)開始迎頭趕上,并且勢頭強勁,或許在不久的將來要超越國際水平。因為目前許多發(fā)達已經(jīng)將環(huán)境治理的很好,在節(jié)能減排方面對它的需求壓力并不是很大,研究氣凝膠更多的是些企業(yè)為了減少成本,或者可以說是為了錦上添花?!?/span>
以美國為例,實際上它并不是個節(jié)約的,美國人均的能源用量大概是中國的10倍以上。雖然美國有很嚴格的節(jié)能標準,并不是真正的浪費,但由于人均居住面積大,居住較為分散等原因?qū)е缕淠茉聪牧看?。魯紅兵說:“我以自己的房子為例,由于美國節(jié)能標準很高,按照新房子屋頂保溫層的建筑標準是R60,也就是玻璃纖維的厚度需要30英寸,外墻主要用的是磚,般為3英寸,寒冷的地方需要6英寸?!比欢瑢⒋藰藴史旁谥袊秃茈y實施了,因為中國人口眾多,對資源的需求量較大,每家都使用如此厚的保溫材料顯然不太契合實際,因此中國應該對研發(fā)輕薄節(jié)能材料需求更為緊迫。
據(jù)魯紅兵介紹,在國際上當前有許多學校已經(jīng)對氣凝膠進行了系統(tǒng)的研究,如加拿大洛杉磯分校、密歇根州立大學,以及歐洲許多把它作為個研究方向。他說:“我當前也和密蘇里科學技術(shù)大學合作,原來在海軍研究所做氣凝膠應用的研究,由于傳統(tǒng)的氣凝膠非常脆,應用中需要韌性好些的材料,我就想辦法在傳統(tǒng)氣凝膠納米可溶的基礎上鍍上薄薄的高分子材料,這樣看上去和傳統(tǒng)氣凝膠樣,但是韌性非常好,不再需要其他材料做基體材料。在研究中還發(fā)現(xiàn)它的隔音性能非常好,我想這也是對國內(nèi)噪音污染問題的個很好的解決方案。”
目前發(fā)達的氣凝膠應用域也集中在保溫方面,但對其研究的方向有很多,有無機氣凝膠、有機氣凝膠、無機-有機雜化氣凝膠以及碳氣凝膠等。當前已經(jīng)研發(fā)出的有機氣凝膠具有保溫、隔音的功能,并且可以直接使用,工業(yè)化生產(chǎn)過程也不是很復雜。由于這種新技術(shù)材料才剛剛研發(fā)出來,生產(chǎn)成本也還比較高,目前還沒有得到廣泛應用。魯紅兵說:“我很想推廣氣凝膠的應用,你們目前搭建的氣凝膠創(chuàng)新應用推進中心可以將國際上先進的技術(shù)傳遞給國內(nèi)機構(gòu)。開始要引導氣凝膠應用于高端域,在生產(chǎn)技術(shù)成熟后價格自然會降下來,這樣就能有更多的域應用這種新材料了?!?/span>
集中勢資源 必將迎頭趕上
魯紅兵對于國內(nèi)的氣凝膠的研發(fā)與應用非常有信心,他說:“對于氣凝膠域的研發(fā),開始的時候國內(nèi)是稍滯后了些,但當前政 府非常重視環(huán)保問題,正在提高節(jié)能、防火等方面的標準,推動氣凝膠的研發(fā)與應用,不斷增長的內(nèi)生動力使得這兩年氣凝膠的行業(yè)的復合增長率已將超過了美國,今后定會處于國際先水平的?!?/span>
由于氣凝膠產(chǎn)品與傳統(tǒng)隔熱材料相比價格較貴,但從長遠考慮它的綜合成本反而會低,對環(huán)境的壓力也小,其綜合效益比傳統(tǒng)的隔熱材料要好。因此在推廣氣凝膠應用上不能僅僅依靠市場,的推動作用非常關(guān)鍵。魯紅兵說:“由于國外研發(fā)的競爭比較激烈,很難把大量的勢資源給某教授或行業(yè)。但國內(nèi)目前對節(jié)能環(huán)保高度重視,可以將雄厚的資源集中在些比較強的研發(fā)團隊上,進行高投入的研發(fā)攻關(guān),這樣氣凝膠產(chǎn)業(yè)就比較容易發(fā)展壯大。而且目前國內(nèi)氣凝膠域也開始增加與國際上的交流,逐漸改變了理論陳舊的現(xiàn)狀,這是個非常好的現(xiàn)象。”
據(jù)了解美國的氣凝膠研發(fā)都是以市場為主導的企業(yè)自發(fā)行為,很少會有像我國這樣有層面的支持,因此行業(yè)發(fā)展很大程度是由經(jīng)濟利益決定的。魯紅兵認為,國內(nèi)正是有北建工這樣的國有企業(yè)去做氣凝膠的研發(fā)與推廣,更多的是為了社會效益和環(huán)境效益投入大量的人力物力和財力資源,才能更好的推動氣凝膠行業(yè)發(fā)展。
做精保溫隔熱 開拓推廣應用
魯紅兵指出在國內(nèi)的氣凝膠推廣應用工作中,在保溫隔熱域的勢已經(jīng)非常明顯了,因此要先把氣凝膠制品的保溫功能做好做精,并在研究過程中向其他域延伸,例如目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的隔音功能等。
魯紅兵在北京建工新材公司見到企業(yè)用氣凝膠氈做的蒙古包模型時,非常激動地說:“你們做的這個蒙古包是個非常好的創(chuàng)新,同時也是氣凝膠在應用域的個探索。當前常見的二氧化硅氣凝膠在學術(shù)上能做的研究比較有限,產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)也不是很困難,因為氣凝膠的應用域非常廣,并且還有很多要解決的困難,因此當前氣凝膠行業(yè)發(fā)展關(guān)鍵在產(chǎn)品應用上?!?/span>
據(jù)了解這些氣凝膠氈蒙古包是為蒙古國研發(fā)生產(chǎn)的,在蒙古國冬季氣溫會低至-40℃,為了達到規(guī)定的75%節(jié)能標準,使用傳統(tǒng)毛氈則需要達到180mm的厚度,而傳統(tǒng)的蒙古包毛氈厚度則為10mm~30mm,根本無法達到節(jié)能標準,而且冬天人們居住在里面會十分的寒冷,需要持續(xù)燃燒大量的能源進行供暖。
使用氣凝膠氈作為保溫層,只需要50mm的厚度就可以達到要求的75%的節(jié)能標準,在室外20℃左右的時候,經(jīng)過加熱使其室內(nèi)達到50℃,在不進行冷熱空氣交換的前提下,會持續(xù)保持這個溫度差。因此人們可以真正的實現(xiàn)在大雪紛飛的嚴冬里,坐在舒適溫暖的蒙古包里,過著吃著烤羊腿喝著馬奶酒的美好生活。
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