2020年,習主席在聯合國大會上宣布:“中國二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值,努力爭取2060年前實現碳中和”。黨的十九屆五中全會《建議》和2021年政府工作報告提出:扎實做好碳達峰、碳中和各項工作,制定2030年前碳排放達峰行動方案。氣凝膠作為超級絕熱材料,全面綠色低碳發展為氣凝膠產業發展帶來了前所未有的機遇。在加快推動綠色產業發展的趨勢下,氣凝膠新技術有望與綠色制造發展相結合,形成更多新產品應用。
氣凝膠的神奇之處在于它的結構。它是由納米級的固體顆粒構成的三維網絡結構,這些顆粒之間通過微小的“橋梁”相連,形成了一個充滿空氣的多孔網絡。氣凝膠材料由于其優異的保溫隔熱性能,應用領域蓬勃發展,處于生命周期的成長期,目前主要應用領域包括:航空、航天、石化、新能源汽車動力電池、綠色節能建筑、服裝、生物醫學、隔音、吸附等領域。

工業儲罐
儲罐是用于儲存液體或氣體的容器,是石油化工、糧油食品、冶金、國防等行業必不可少的重要基礎設施。對于很多企業來說,正常生產離不開儲罐,尤其是國家戰略物資儲備離不開各種容量和類型的儲罐。
氣凝膠具有很低的熱導率,能有效阻止罐體內外的熱量交換。在儲存高溫介質的罐體中,可防止熱量向外部環境散失,保持介質的高溫狀態,減少能源損耗。對于儲存低溫介質的罐體,如液氮罐,氣凝膠能阻止外部熱量傳入罐內,維持低溫介質的低溫狀態,減少制冷設備的運行負荷,節省能源。
氣凝膠具有優異的防火性能,在發生火災時,能夠延緩火勢向罐體內蔓延的速度。這為滅火和救援爭取了寶貴的時間,降低了火災造成的損失。

罐體內的介質流動或設備運行可能會產生噪音,氣凝膠可以有效地吸收和阻隔噪音的傳播。這對于位于居民區或對噪音要求較高的場所的罐體尤為重要,可以減少噪音對周圍環境和人員的影響。對于工作人員在罐體附近進行操作和維護的情況,氣凝膠的隔音性能可以創造一個相對安靜的工作環境,減少噪音對工作人員的干擾和危害,提高工作效率和安全性。
建筑領域
房屋門窗、墻壁的隔熱保溫正越來越被重視。現有的保溫材料或隔熱能力不夠理想,或達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,容易引發房屋火災。而氣凝膠既可以作為現有保溫材料的升級替代,同時兼顧防火、隔聲等功能,有望顛覆建筑保溫材料現有格局。
在建筑保溫領域,氣凝膠的應用包括墻壁、屋頂、門框、地板以及高效窗戶的隔熱。例如,外墻上的氣凝膠隔熱層可防止熱量逸散到外部環境中;屋頂保溫層通過高質量的隔熱措施可以大大減少熱能損失;氣凝膠隔熱材料通過緊密密封門窗框提供額外的防水屏障,限制或減少與空氣泄漏相關的熱量損失;在地板下的安裝既簡單又快速,可以在不干擾門配件的情況下完成,同時也是地下室翻新的一個極具成本效益的解決方案。

新能源電池
新能源汽車領域將成為氣凝膠材料應用的主要增長引擎。氣凝膠玻纖氈復合材料高溫耐受溫度在800℃以上,有望解決新能源電池安全痛點。當車載電池長時間輸出電能后,電池內長時間進行化學反應會使得電池體明顯發熱,存在燃燒、爆炸的風險。傳統的芯模組都是采用塑料隔板將電池相互隔開,不僅重量大還無法起到保護作用。現有采用的防護氈結構簡單,容易變形,使其不能很好地與電池組全面接觸,且在電池發熱嚴重時其并不能起到很好的隔熱效果。氣凝膠復合材料作為阻燃材料,相比于傳統阻燃材料具有質輕、阻燃性能優異、環保性能好等優點。在鋰離子動力電池芯發生撞擊短路或過沖電發熱自燃的條件下,氣凝膠玻纖氈復合材料可以隔離耐受故障電池芯瞬間釋放的高溫能量,更好地解決動力電池安全問題。

航空航天
1997年,美國首次在火星探測器上應用了氣凝膠材料,從此氣凝膠作為隔熱材料成為航空航天領域的重要課題。氣凝膠由于具有優異的熱絕緣性能,將其加入隔熱罩里,就可以有效保護內部的科學儀器。
氣凝膠材料在實現隔熱功能的同時還可以實現保暖功能,美國國家宇航局在2002年用氣凝膠制作宇航服,在保證安全性的前提下,大幅度減重,提升宇航員的舒適度。
我國的“祝融號”火星車表面采用了中國航天科工三院306所研發的低溫納米氣凝膠材料,保障火星車在超低溫度環境下可以正常工作。由于氣凝膠的質量很輕,幾乎不會增加火星車的載荷。

氣凝膠的應用領域廣泛,無論是提高生活舒適度、促進環保還是推動科技進步,都具有重要的價值和意義,氣凝膠作為一種新型的環保材料,具有明顯的節能減排效果和綜合效益,未來,隨著技術的進一步發展和應用推廣,氣凝膠材料將成為未來各行各業中至關重要的節能減排手段之一,為促進低碳經濟的發展提供強有力的支持。