質(zhì)地輕薄、干脆、微透，用力按壓甚至可以將它壓碎，這就是未來十大新材料之一 ——氣凝膠。

不久前，南京工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院碩士生鎖浩在第十六屆“挑戰(zhàn)杯”競賽江蘇省比賽中提出制備成本低、使用周期長及高溫?zé)釋?dǎo)率低的新型碳纖維增強(qiáng)碳化物氣凝膠材料，對光伏行業(yè)中晶硅生長爐進(jìn)行節(jié)能改造，替換晶硅生長爐中高純石墨氈，可有效降低40%的成本，突破國外技術(shù)和價格雙重壁壘，榮獲特等獎。

氣凝膠材料是一類以固體為骨架、氣體為分散介質(zhì)的具有三維多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的新型材料，與其他化學(xué)物質(zhì)結(jié)合，還可以形成以玻璃纖維、發(fā)泡體、碳纖維等為增強(qiáng)體的多種氣凝膠產(chǎn)品，從而具有低密度、高比表面積和低熱導(dǎo)率等優(yōu)異性能。

近日，記者走進(jìn)南京工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院氣凝膠研發(fā)科研團(tuán)隊，發(fā)現(xiàn)他們的研發(fā)產(chǎn)品涉及隔熱、吸附、光催化、載藥等領(lǐng)域。

借用筋骨，助力工業(yè)節(jié)能

“碳纖維就好比人的骨架一樣，使其具有耐高溫、高強(qiáng)度、低導(dǎo)熱系數(shù)等特點?！睔饽z研發(fā)課題組成員、南京工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院講師吳曉棟說。

碳纖維增強(qiáng)碳化物氣凝膠材料是以耐高溫碳纖維作為增強(qiáng)體，采用溶膠—凝膠工藝將氣凝膠前驅(qū)體固化在碳纖維的孔洞內(nèi)部，通過后續(xù)的超臨界和熱處理等工藝制備而成，作為高性能絕熱材料，在真空、惰性氛圍、單晶硅、多晶硅爐體及航空航天等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。

“我們對比了國內(nèi)外氣凝膠商業(yè)產(chǎn)品，發(fā)現(xiàn)目前市場上的氣凝膠產(chǎn)品雖然具有低熱導(dǎo)率，但是其最高工作溫度低，且耐溫性差?！辨i浩說。

他們采用廉價無機(jī)鋁鹽和硼源為原料、碳纖維作為增強(qiáng)材料，突破多項關(guān)鍵技術(shù)制備性能優(yōu)異的碳纖維增強(qiáng)碳化物氣凝膠。

該產(chǎn)品目前已在晶科能源控股有限公司和宿遷新材料研究院進(jìn)行中試研究，完成碳纖維增強(qiáng)碳化物氣凝膠材料中試生產(chǎn)線購置、中試生產(chǎn)和應(yīng)用研究。

貼近生活，建筑保溫防火災(zāi)

南京工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院博士生劉思佳現(xiàn)在作為訪問博士生在懷俄明大學(xué)學(xué)習(xí)，是氣凝膠材料研究的“老桿子”。大二開始，他就在南京工業(yè)大學(xué)教授崔升的課題組做氣凝膠保溫相關(guān)的研究。

據(jù)劉思佳介紹，我國氣凝膠的研究是從上世紀(jì)90年代開始的，經(jīng)過不到30年的發(fā)展，已投入市場應(yīng)用。

劉思佳使用發(fā)泡水泥、泡沫玻璃及發(fā)泡陶瓷等作為增強(qiáng)體，結(jié)合真空浸漬和快速乙醇超臨界干燥工藝，制備出一系列發(fā)泡體復(fù)合二氧化硅氣凝膠隔熱材料。這一發(fā)明克服了氣凝膠材料無法承重的缺陷，使氣凝膠具備抗壓折能力，甚至可用在某些特定結(jié)構(gòu)中做承重材料，替代非承重墻體。

“作為非承重墻體，氣凝膠熱導(dǎo)率低，還具有良好的保溫效果。” 崔升說，“另外，氣凝膠屬A級保溫材料，遇到火星不會燃燒，將它作為保溫材料也能避免火災(zāi)的發(fā)生?！?/span>

除了作為墻體保溫材料，崔升表示，氣凝膠還可制作成玻璃窗，增強(qiáng)玻璃的保溫效果。

前景廣闊，具有良好的經(jīng)濟(jì)價值

“如果在筆記本電腦和手機(jī)底面用上這樣的保溫材料，可以引導(dǎo)熱量從周邊散出，有助于提高散熱效率、增強(qiáng)使用舒適度?！贝奚f，氣凝膠還可以應(yīng)用到新能源汽車的鋰電池上，在鋰電池之間加上氣凝膠產(chǎn)品，可以防止每塊鋰電池的熱量互相影響，也可進(jìn)一步防止電池因高溫而導(dǎo)致燃燒。

除此之外，氣凝膠擁有廣闊的應(yīng)用前景，可應(yīng)用于生產(chǎn)生活、航空航天、石油化工、新能源、汽車列車等領(lǐng)域。

2017年11月19日中國絕熱節(jié)能材料協(xié)會氣凝膠材料分會成立，南京工業(yè)大學(xué)成為會長單位。近年來，南京工業(yè)大學(xué)研發(fā)了包括隔熱用、吸附用、載藥用、光催化用和抗菌用等多種氣凝膠材料，形成了以南京工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院院長沈曉冬、崔升為帶頭人的科研團(tuán)隊。

氣凝膠成果已轉(zhuǎn)讓多家企業(yè)，實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。其中，基于納米氣凝膠絕熱材料的保溫管道、保溫水箱等項目，已累計實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益24572萬元。在吸附領(lǐng)域，聚丙烯纖維復(fù)合氣凝膠材料系列產(chǎn)品有效應(yīng)對油污處理，累計實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益5452.4萬元。