气凝胶产业深度研究报告-崛起气凝胶-助力碳中和.docx

气凝胶产业深度研究报告崛起气凝胶，助力碳中和1气凝胶：15项世界之最齐身的材料1931年气凝胶被发明出来，由于各类性质非常极致，在过去的近百年里一直吸引了众多的目光。气凝胶凭借极低的密度、极小的孔径、极低的隔热系数、极低的声音传播速度等创下15项世界之最。同时，气凝胶作为一类材料的统称，随着科研人员研究的深入，陆续制备了多种气凝胶。同时，气凝胶方便加工，制品形态多样。综上，气凝胶的应用场景众多，从航天、军工等要求严苛的高科技领域到工业、交通、日用等领域，都有气凝胶发挥性能的地方。1.1气凝胶是改变世界的神奇材料气凝胶是一种固体物质形态，也是世界上密度最小的固体，被称为“凝固的烟”、“蓝烟”。曾被《科学》杂志誉为“可以改变世界的神奇材料”。气凝胶之所以“神奇”，是因为自身具有很多极致的性质。气凝胶曾经因性质优异创下15项“吉尼斯世界纪录”。气凝胶超级轻，是目前已知最轻的固体材料。在一些对重量要求苛刻同时对绝热要求极高的场景，气凝胶是唯一选择。在“天问一号”火星探测器中，“祝融号”火星车表面铺设了大面积的气凝胶板。超轻的特性极大地减小了火星车的负担，让它跑得更快，跑得更远。同时，在“天问一号”着陆阶段，周围的温度超过1000℃，而10mm左右的气凝胶材料就能够使温度处于可接受的范围，在火星车巡视阶段，气凝胶能够确保火星车在-130℃的环境正常工作。二氧化硅气凝胶是迄今为止保温性能最好的材料。热的传递有三种方式：热对流、热传导、热辐射。最好的保温绝热材料需要是木桶型的。尽管空气的热导率很低，但是我们能在一定距离内感受到空调、火炉的温度，是因为空气热传导和热辐射的存在。而气凝胶凭借极低的体积密度及纳米网格结构的弯曲路径阻止了气态和固态热传导的同时，由于其孔径尺寸低于常压下空气分子平均自由程，气凝胶空隙中的空气分子近似静止，从而空气的对流传热得到限制，趋于“无穷多”的空隙壁使热辐射降至最低。气凝胶完美对抗了三种热的传递方式，导热系数甚至达到0.013W/m.K以下，比常温下静态空气0.025W/m.K还低，因此是迄今为止最完美的隔热材料。在管道包裹保温方面，达到相同的隔热效果，气凝胶毡的厚度仅为岩棉的三分之一厚，膨胀珍珠岩的五分之一。气凝胶多孔的3D互连网络结构使得离子、分子能够容易地进入内部，而分层多孔结构提供了高比表面积和高反应活性接触面，这些结构特性使碳气凝胶作为超级电容器和电池中的非均相催化剂载体、吸附剂和电极材料有很好的应用前景。除此之外，气凝胶还有憎水率高、使用寿命长等性质特点。1.2气凝胶族谱丰富，二氧化硅气凝胶最成熟气凝胶是通过溶胶凝胶法，用一定的干燥方式使气体取代凝胶中的液相而形成的一种纳米级多孔固态材料。目前主流的气凝胶制备过程就是溶胶-凝胶法与超临界干燥相结合。不同的化合物通过气凝胶的制备过程形成了各种各样的气凝胶，丰富了气凝胶的品种、完善了气凝胶性能、让气凝胶能在更多应用中。目前最常见也是发展最为成熟的气凝胶是二氧化硅气凝胶，二氧化硅气凝胶属于氧化物气凝胶，除此之外，还有碳化物气凝胶、氮化物气凝胶、有机气凝胶、碳气凝胶、生物质气凝胶、复合气凝胶及其他气凝胶。各个分类中中已经合成了多种化合物气凝胶，结构性质各异。1.3气凝胶形态多样，应用广阔气凝胶的形态多样，包括毡、板、颗粒和涂料等。多样化的产品形式使得气凝胶的应用更加灵活广泛，下游市场需求空间巨大。气凝胶性质优异，应用已经遍布于石化、军工、航天、电池、环保、建筑、交通等各个领域。气凝胶对这些领域中的原始材料有明显优势，因此替代空间巨大。在石化领域，气凝胶凭借极佳的隔热保温性能可以作为外保温材料，如蒸馏塔、反应管道、储罐、泵、阀门、天然气和LNG液化气管道、深海管道等等。在高温蒸汽、导热油或流体介质管线外包裹气凝胶，一方面减少了管道暴露损失热量，另一方面这些区域往往受到重量、空间的限制，需要保温材料轻量又轻薄，气凝胶是唯一完美契合的材料。同时，在海上漏油事故处理中，气凝胶质量轻、吸附能力极强，也得到认可。在环保领域，纤维素气凝胶可作为吸附剂从水中吸附油和其他有毒有机物，被广泛地应用于吸附脱除染料废水。此外，生物质碳气凝胶可以去除水中的多种重金属离子，如Co(II)、Cd(II)、Pb(II)和Sr(II)。在建筑领域，房屋门窗、墙壁的隔热保温正越来越被重视。现有的保温材料或隔热能力不够理想，或达到理想效果厚度太厚、太重，也有一些隔热能力较好的材料但阻燃能力不佳，容易引发房屋火灾。而气凝胶既可以作为现有保温材料的升级替代，同时兼顾防火、隔声等功能，有望颠覆建筑保温材料现有格局。在军工领域，气凝胶的性能得到了充分验证。在军车上覆盖6毫米的防弹型气凝胶就能够承受炸药带来的破坏力。东风-17以气凝胶隔热材料作为外衣，使得东风-17在极快加速度的同时不被空气摩擦所产生的高温