1931年氣凝膠被發(fā)明出來，由于各類性質(zhì)非常極致，在過去的近百年里一直吸引了眾多的目光。氣凝膠憑借極低的密度、極小的孔徑、極低的隔熱系數(shù)、極低的聲音傳播速度等創(chuàng)下15項(xiàng)世界之最。同時(shí)，氣凝膠作為一類材料的統(tǒng)稱，隨著科研人員研究的深入，陸續(xù)制備了多種氣凝膠。同時(shí)，氣凝膠方便加工，制品形態(tài)多樣，氣凝膠的應(yīng)用場(chǎng)景眾多，從航天、軍工等要求嚴(yán)苛的高科技領(lǐng)域到工業(yè)、交通、日用等領(lǐng)域，都有氣凝膠發(fā)揮性能的地方。
在石化領(lǐng)域，氣凝膠憑借極佳的隔熱保溫性能可以作為外保溫材料，如蒸餾塔、 反應(yīng)管道、儲(chǔ)罐、泵、閥門、天然氣和 LNG 液化氣管道、深海管道等等。在高溫蒸 汽、導(dǎo)熱油或流體介質(zhì)管線外包裹氣凝膠，一方面減少了管道暴露損失熱量，另一 方面這些區(qū)域往往受到重量、空間的限制，需要保溫材料輕量又輕薄，氣凝膠是唯 一完美契合的材料。同時(shí)，在海上漏油事故處理中，氣凝膠質(zhì)量輕、吸附能力極強(qiáng)， 也得到認(rèn)可。
在環(huán)保領(lǐng)域，纖維素氣凝膠可作為吸附劑從水中吸附油和其他有毒有機(jī)物，被 廣泛地應(yīng)用于吸附脫除染料廢水。此外，生物質(zhì)碳?xì)饽z可以去除水中的多種重金 屬離子，如 Co(II)、Cd(II)、Pb(II)和 Sr(II)。
在建筑領(lǐng)域，房屋門窗、墻壁的隔熱保溫正越來越被重視。現(xiàn)有的保溫材料或隔熱能力不夠理想，或達(dá)到理想效果厚度太厚、太重，也有一些隔熱能力較好的材料 但阻燃能力不佳，容易引發(fā)房屋火災(zāi)。而氣凝膠既可以作為現(xiàn)有保溫材料的升級(jí)替代，同時(shí)兼顧防火、隔聲等功能，有望顛覆建筑保溫材料現(xiàn)有格局。
在軍工領(lǐng)域，氣凝膠的性能得到了充分驗(yàn)證。在軍車上覆蓋 6 毫米的防彈型 氣凝膠就能夠承受炸藥帶來的破壞力。東風(fēng)-17 以氣凝膠隔熱材料作為外衣，使得東 風(fēng)-17 在極快加速度的同時(shí)不被空氣摩擦所產(chǎn)生的高溫給破壞，而且氣凝膠材料良 好的透波性能不會(huì)阻擋東風(fēng)-17 內(nèi)部的制導(dǎo)裝置。另外，氣凝膠可以作為飛機(jī)、艦船/艇、坦克、導(dǎo)彈等的外層材料,起到防輻射、吸收紅外線和漫反射波實(shí)現(xiàn)隱形 功能，屏蔽自身電子信號(hào)實(shí)現(xiàn)反偵察的功能。在水下探測(cè)中氣凝膠的低聲速和高孔隙超輕質(zhì)特性使之成為比較理想的超聲探測(cè)器的聲阻耦合材料和最佳水聲反聲材料。當(dāng)然，氣凝膠也用于軍用保溫帳篷等領(lǐng)域。
在航天領(lǐng)域，對(duì)材料的絕熱、輕量、抗壓能力要求最為嚴(yán)苛。俄羅斯“和平”號(hào) 空間站、美國“火星探路者”探測(cè)器和“火星漫步者”探測(cè)車、我國“長征五號(hào)”運(yùn) 載火箭和“祝融號(hào)”火星車都曾使用氣凝膠材料進(jìn)行絕熱保溫材料，“星辰號(hào)”飛船 用來收集彗星塵也使用了氣凝膠做的采集“手套”。2016 年 8 月，中國航天科工三院 306 所聯(lián)手華星美科新材料科技（江蘇）有限公司舉行簽約儀式，共同組建成立氣凝膠技術(shù)國際研發(fā)中心，力圖打造國際先進(jìn)、國內(nèi)領(lǐng)先水平的氣凝膠技術(shù)研發(fā)基地。
在電池領(lǐng)域，目前鋰離子動(dòng)力電池組熱失控事故時(shí)有發(fā)生，阻止熱失控電芯向 電池其他系統(tǒng)傳熱是主要解決思路。氣凝膠氈具有防火、隔熱、阻燃的特性，而且質(zhì)感柔軟、易于加工，是非常理想的預(yù)防材料；另外在熱電池應(yīng)用領(lǐng)域，氣凝膠作為熱電池保溫筒的隔熱材料能夠解決多領(lǐng)域?qū)犭姵氐母咝阅堋㈤L壽命的要求。目前新開發(fā)的氣凝膠玻纖氈能夠?qū)㈦姵匕邷啬褪苣芰μ岣咧?800℃以上，大大提高電池的耐熱性。
在交通領(lǐng)域，氣凝膠材料主要應(yīng)用在汽車防火隔熱保溫降噪層，大容量電池組 防火防水保溫盒，危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸車、液化天然氣運(yùn)輸船等特種運(yùn)輸工具的保溫防 火層，高鐵和地鐵車體保溫隔熱降噪防火層等。在交通事故引發(fā)的火災(zāi)中，著火點(diǎn)一般集中在發(fā)動(dòng)機(jī)倉位置。在發(fā)動(dòng)機(jī)倉和駕駛艙之間加一層氣凝膠防火隔離墻，可以阻隔火勢(shì)蔓延到駕駛艙中。
在日常生活中，凡是需要保溫的地方，氣凝膠都具有應(yīng)用的可能性。
氣凝膠滑雪服：超薄的保溫厚度和良好的柔韌性，A級(jí)防火性能和荷葉般的疏水性能，使氣凝膠防寒服相比傳統(tǒng)羽絨服更薄一些，而且保溫性能極好。
氣凝膠網(wǎng)球拍：以氣凝膠為填充材料制成的網(wǎng)球拍或羽毛球拍，利用氣凝膠的 納米多孔結(jié)構(gòu)，可以更好地吸能、減震，大大降低了患上“網(wǎng)球肘”的風(fēng)險(xiǎn)。另外，這種球拍的擊球能力更強(qiáng)大。
氣凝膠登山靴：氣凝膠材料可以應(yīng)用在鞋墊、鞋面、鞋跟和踝部包裹等部位。通常的使用方法是在兩層面料中間夾一層氣凝膠材料。而使用約2mm厚的氣凝膠材料即可以滿足鞋子的保溫性能需求。
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在工業(yè)管道領(lǐng)域，替代硅酸鹽氈等傳統(tǒng)保溫材料。為在油氣開采中需盡可能做好注 汽管道的保溫、盡可能縮小注汽鍋爐與井口間的蒸汽溫降，在電力行業(yè)熱電聯(lián)產(chǎn)中 做好管道保溫方可提高熱電聯(lián)產(chǎn)的輻射范圍。長期以來，工業(yè)管道采用硅酸鹽氈等做保溫材料，其使用壽命短、結(jié)構(gòu)松散，而且吸水導(dǎo)致管道表面腐蝕嚴(yán)重。替代品氣 凝膠氈具有柔韌度高，導(dǎo)熱系數(shù)低，疏水性能好，經(jīng)久耐用等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用在工業(yè)管道 既可有效降低能源損耗，又可延長管道使用壽命。
氣凝膠超級(jí)輕，是目前已知最輕的固體材料。在一些對(duì)重量要求苛刻同時(shí)對(duì)絕 熱要求極高的場(chǎng)景，氣凝膠是唯一選擇。在“天問一號(hào)”火星探測(cè)器中，“祝融號(hào)”火星車表面鋪設(shè)了大面積的氣 凝膠板。超輕的特性極大地減小了火星車的負(fù)擔(dān)，讓它跑得更快，跑得更遠(yuǎn)。同時(shí)， 在“天問一號(hào)”著陸階段，周圍的溫度超過 1000℃，而 10mm 左右的氣凝膠材料就能夠使溫度處于可接受的范圍，在火星車巡視階段，氣凝膠能夠確保火星車在-130℃ 的環(huán)境正常工作。
二氧化硅氣凝膠是迄今為止保溫性能最好的材料。熱的傳遞有三種方式：熱對(duì) 流、熱傳導(dǎo)、熱輻射。最好的保溫絕熱材料需要是木桶型的。盡管空氣的熱導(dǎo)率很 低，但是我們能在一定距離內(nèi)感受到空調(diào)、火爐的溫度，是因?yàn)榭諝鉄醾鲗?dǎo)和熱輻射的存在。而氣凝膠憑借極低的體積密度及納米網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的彎曲路徑阻止了氣態(tài)和固態(tài)熱傳導(dǎo)的同時(shí)，由于其孔徑尺寸低于常壓下空氣分子平均自由程，氣凝膠空隙中的空氣分子近似靜止，從而空氣的對(duì)流傳熱得到限制，趨于“無窮多”的空隙壁使熱輻射降至最低。
氣凝膠完美對(duì)抗了三種熱的傳遞方式，導(dǎo)熱系數(shù)甚至達(dá)到0.013W/m.K以下，比常溫下靜態(tài)空氣0.025W/m.K 還低，因此是迄今為止最完美的隔熱材料。在管道包裹保溫方面，達(dá)到相同的隔熱效果，氣凝膠氈的厚度僅為巖棉的三分之一厚，膨脹珍珠巖的五分之一。
目前國際上關(guān)于氣凝膠的研究主要集中在德、美、法、日等國，而在國內(nèi)，氣凝 膠也已經(jīng)有超過二十年的研究歷史，主要研究單位以國家納米中心、中科院、國防 科大、同濟(jì)大學(xué)等為代表。可以說，氣凝膠是我國少數(shù)從工藝到產(chǎn)業(yè)化都能與國際 水平相提并論的頂級(jí)新材料，未來氣凝膠產(chǎn)業(yè)有望成為我國的王牌產(chǎn)業(yè)，引領(lǐng)全球發(fā)展。
目前我國氣凝膠產(chǎn)業(yè)代表性的生產(chǎn)企業(yè)有數(shù)十家，技術(shù)路線主要以成熟的二氧 化碳超臨界萃取工藝為主，而超臨界萃取工藝的壁壘之一是干燥設(shè)備。其中，貴州航天烏江機(jī)電設(shè)備有限責(zé)任公司是國內(nèi)唯一集超臨界萃取裝備設(shè)計(jì)、制造為一體的生產(chǎn)廠家，具有較強(qiáng)的超臨界萃取成套裝備開發(fā)設(shè)計(jì)和超臨界流體技術(shù)應(yīng)用研究能 力，與國內(nèi)外設(shè)備相比更加節(jié)能。
近年也有企業(yè)新建產(chǎn)能采用常壓干燥工藝、減壓干燥工藝。納諾科技現(xiàn)有 1 萬方氣凝膠超級(jí)絕熱材料中 5000 方是常壓法，5000 方是超臨界，新建 12000 方也將采用常壓法。根據(jù)弘大科技官網(wǎng)介紹，弘大科技自主設(shè)計(jì)研發(fā)的低成本減壓干燥技術(shù)能夠使年產(chǎn)100立方米氣凝膠的生產(chǎn)設(shè)備投資由5000 萬元降到 200 萬元。
原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（艾邦氣凝膠論壇）：崛起氣凝膠，助力碳中和
