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气凝胶,当今新材料皇冠上的明珠

来源:本站    发布时间:2021/3/30 12:45:48    浏览次数:1584    

牛年春节后的2月下旬,近20℃的阳光温暖巴渝大地,格外耀眼灿烂。在重庆市新材料产业联合会有关领导的引荐下,记者慕名走进重庆市合川区工业园,来到一家从事气凝胶材料研发生产的高新技术企业釆访。在企业办公区贵宾厅,公司董事长白元宇热情接待并欣然接受了釆访交流。这就是创造了重庆速度、合川效率的--中科润资(重庆)节能科技有限公司。

关于气凝胶,有一个广为传播的典故:美国科学家Kistler与朋友Charles Learned打赌,看谁能够将凝胶内的液体换成气体同时不使固体结构发生变化。1931年,Kistler率先在《自然》杂志上发表文章,标题为《共聚扩散气凝胶与果冻》(Coherent expanded aerogels and jellies)

众所周知,将胶体中的液体与固体分离,由于毛细管力的强大作用,会导致固体的收缩和结构坍塌。Kistler用酒精超临界干燥技术完美地解决了这个世界难题,制出了世界上第一块极轻的固体——二氧化硅气凝胶。它的主要成分和玻璃一样是二氧化硅,但它99.8%都是空气,所以密度只有玻璃的千分之一。

气凝胶的诞生让全世界震惊,它如袅袅轻烟,如薄霭浮云,介于固态和气态之间,以至于有人建议将其作为已知的固体、气体、液体之外的第四种物质形态。

虽然气凝胶貌似“弱不禁风”,其实非常坚固耐用。它可以承受相当于自身质量几千倍的压力,在温度达到1200摄氏度时才会熔化。它的导热性和折射率也很低,绝缘能力比最好的玻璃纤维还要强39倍。

正是由于气凝胶具备的这些特性,使它成为了一种可以改变世界的神奇材料。

上个世纪70年代,美国率先将气凝胶用于航天探测,气凝胶迅速成为了航天航空中不可替代的材料,美国“火星探路者”探测器和俄罗斯“和平”号空间站都用它来进行热绝缘。

随后,一些技术先进的国家纷纷投入到气凝胶的研究中,截至2013年,国际上关于气凝胶材料的研究工作主要集中在德国的维尔茨堡大学、BASF公司,美国的劳伦兹·利物莫尔国家实验室、桑迪亚国家实验室,法国的蒙彼利埃材料研究中心和日本高能物理国家实验室等。

独立研发,科技创新

“当核心技术掌握在他人手里时,就是把命脉交由他人来掌控,关键时刻,他人就会狠狠扼住我们的咽喉。”气凝胶优质的特性和在航空航天技术上的广泛运用,迫切地需要中国能够自主研发出这一技术,随着科技的进步,国家实力的增强,国内的科研实验室也纷纷投入进行着气凝胶技术的研发。但由于国内的研发起步晚,受限于基础材料和技术限制,我国的气凝胶技术远远落后于发达国家。

“直面困难,无畏向前,正视未来,中国一定要拥有独立自主的气凝胶技术。”早在2002年,一支由知名专家、教授、博士等组成的科研团队就开始对纳米多孔绝热节能材料进行深度研究,这支汇聚科技精英的团队,极富创新力和活力,具有很强的自主研发和自主创新能力。

经过长达十年的潜心钻研,在积累了一定数据和经验之后,2013年,中科润资科技股份有限公司(以下简称“中科润资”)正式注册,这个民营企业所从事的,正是国际上众多大型实验室和企业进行的气凝胶材料研究、中试开发和产业化生产。

公司成立后,投入大量的资金打造起了Aerogel实验室、中试和产业化基地各一个。配备了高精度导热系数测试仪、孔隙率与表面积测试仪、红外光谱分析仪、电子万能试验机等多台高端分析测试仪器。

这支默默无闻的团队,把所有的时间和精力投放到气凝胶的研发中,逐一攻关研发道路上一个又一个的难题,先后在气凝胶的研发和应用领域获得了二十多项国家级发明专利,其研发成果远超美、德、法、英、以色列等发达国家。

2019年,中科润资突破了纳米多孔绝热节能材料深度开发、大批量生产的关键技术,在气凝胶基础原材料领域彻底打破了西方国家垄断,具备了批量生产纳米多孔二氧化硅绝热节能毡、板、玻璃、防腐涂料、保温材料、节能环保材料的条件。

重庆速度,合川效率

万事俱备,只欠东风,选择一个最合适的地方设厂投产,让这项崭新的技术尽快地运用于民用,让更多的人享受到新材料为生活带来的舒适和便捷,就是中科润资最大的心愿。

“中科润资能与重庆结缘,与合川结缘,真的是冥冥之中的天意。”中科润资(重庆)科技股份有限公司(以下简称“中科润资(重庆)”)董事长白元宇是典型的北方人,当这个北方汉子谈起选择重庆、落户合川的往事时,依然控制不住激动的情绪。

在公司首先考察的是沿海发达地区,为吸引气凝胶落户,浙江一些城市还拿出了格外丰厚的招商条件,“可惜的是,很多城市能够给予到我们设厂的土地有限,限制了我们的生产能力,最后,我们不得不把视线投入到了内地。”白元宇说。

在股东层的视线里,湖南湘潭也是他们的考虑目标之一。“但是,长沙是湖南的省会城市,很多优秀的科研人才都被虹吸至长沙落户发展,如果中科润资把厂设立在湘潭,后续的研发也会受限于人才的引进。”

“作为西部最大的内陆城市,为什么不考虑到重庆设厂?”一位股东偶然间的提议,一石激起千层浪。“对呀,为什么不到重庆呢?”2019年底,白元宇迅速飞往重庆,考察合川产业园的情况。“重庆是一个工业种类齐全的城市,重庆人肯干肯吃苦,能够解决从原材料到产业集群不超过300公里的交通半径。”考察结果让白元宇和所有股东都非常满意,中科润资的气凝胶决定落户重庆。

2020年初,一场突如其来的疫情,让不少产业按下了暂停键。当疫情刚刚有所缓解,3月上旬,白元宇就率队来到重庆,签订协议,正式落户合川,“尽管受到疫情的不利影响,但合川区委、区政府相关领导和工业园区管委会克服多重困难,为企业和项目提供了优质高效的服务,创造了一个神奇的速度。为此,仅用半年时间,在9月中旬,中科润资(重庆)就完成了世界上第一条大规模气凝胶民用自动化生产线的设计、定制、环评、安装、调试和试产。这让企业更加坚定了携手合川共同发展气凝胶产业的信心。”谈起这个,白元宇的神情满是感激与自豪。

2020年9月23日,中科润资(重庆)公司气凝胶产业基地一期投用仪式在合川工业园区举行。中科润资总部将在合川投资12亿元建设气凝胶产业基地,建设年产1200吨气凝胶粉粒原材料、1000万平方米气凝胶绝热保温毡、1000吨气凝胶相变材料、300吨气凝胶改性聚脲生产线,同时将于2021年底前建成工程技术中心。

当年落户,当年投产,这样的气度和魄力、执行力,只有在重庆合川,这样一片飞速发展的乐土里才能产生。

2021,全速发力

2021年,重庆的春来得特别早,在主城开往合川的道路两旁,油菜花、桃李、李花次逢开放,但中科润资(重庆)的员工们顾不得欣赏明媚的春光。春节刚过,中科润资(重庆)就火热开工,所有机器全速开动,为实现2021年的目标产值而努力着。

在中科润资(重庆)的办公室,白元宇笑着说,还没到过大年,他已经是两度入渝,中科润资(重庆)的所有工作已经全面铺开,2020年,中科润资投入2.7亿,完成了第一期的打造;从2021年起,中科润资(重庆)将持续实现总量10亿的投入,将产量持续提升。这种可以改变世界的新材料,将制成各种系列的新产品,从合川生产出来,投入到全球市场。

在中科润资(重庆)的产品陈列厅,展示着中科润资气凝胶气品的一系列运用,从气凝胶粉体和气凝胶颗粒系列产品,到气凝胶防火隔热节能板、柔性绝热保温毡、隔热节能玻璃、节能保温涂料等。据介绍,气凝胶纳米级孔隙,使其保温隔热为传统材料的3-5倍,具有传统材料无可比拟的保温效果,其出色的光线分散性,良好的物理稳定性可改善声学性能。将气凝胶与无机纤维材料复合而成的绝热保温材料,具有导热系数极低、密度小、整体疏水性能极好、防火阻燃等级可达到A1级标准。可广泛运用于航空发动机隔热屏、航海舰船保温绝热、工业高温管道、电厂、市政热网、高温窑炉及民用建筑内外墙等等。

“2020年10月,中科润资(重庆)就已经签订下了订单。2021年,我们更是会马力全开,几条生产线陆续上马,很快,这种新材料制成的系列新产品就有望源源不断地投放到市场上。”白元宇信心百倍地说。

将重庆合川建成“气凝胶之都”

“中科润资是国内第一家拥有完全自主知识产权的气凝胶研发生产企业,也是中国人保第一家产品质量参保企业,作为高科技基础材料的供应商,我们提供了种子,可供更多的下游企业进行技术研发和生产。换句话来说,我们栽下了梧桐树,希望能引来更多的金凤凰。”白元宇说。

随着国内产业的不断完善和提档升级,气凝胶在各个生产和生活领域的运用日益广泛,比如将气凝胶与水泥结合、制造成装配式建筑外墙内墙板,不仅能让建筑节能保温,还是阻燃防水、降尘降噪;又比如在隧道里,采用气凝胶材料+钢板,能让隧道内墙的寿命更长,效果更好,生产成本也更低……

按照白元宇的构想,以气凝胶为原点,引动上下游产业,形成气凝胶产业集群,从而实现气凝胶的更多延展和创造。

而这一构想,也与重庆合川工业园的发展思路不谋而合。合川区围绕市委赋予合川的新定位、新要求,加快融合发展、增强综合实力,产业生态持续优化、产业布局更加完善,区域聚集辐射功能持续增强。气凝胶产业基地一期投用是合川聚焦产业“风口”,合川将以此为新起点,科学制定产业发展规划,助力企业早日建成“国家级实验工程”“国家重点实验室”;不断延伸上下游产业链,打造新型基础材料千亿级产业集群。

 保2争5 实现2021“小”目标

为了实现千亿级产业集群的构想,2021年,中科润资(重庆)也制定了一个“小”目标。“2021年,中科润资(重庆)将保2争5,确保实现销售收入2个亿,力争达到5个亿的销售总收入。”白元宇坚毅地说。

的确,中科润资(重庆)是有底气的。

节能减排,是“十四五规划”中非常重要的一个领域,中央经济工作会议上再次强调了大力发展新能源,以温室气体排放总量控制和减排目标统领节能减排工作。“在污染排放上,工业占比七成,建筑占比两成,如果将气凝胶水泥、气凝胶装配式建筑内外墙等建筑材料运用到其中,那将减少多少的排放和污染?仅仅这一块,我们就有足够的底气迎接如此广阔巨大的市场。”白元宇说。

不仅如此,冷冻库、危化品存储、车衣等保温隔热材料在国内也拥有极大的市场,而所需的保温隔热材料如果使用上了气凝胶制品,不仅会提高效能,增加燃阻,进一步提升安全性和可靠性。

    “中科润资(重庆)的产品已经获得了中国船级社A60认证,是目前国内仅且最高的质量认证。船舶舰艇上使用了气凝胶甲板、舱壁,薄薄的一层,就能达到比过去更好的保温隔热效果,装载容量也得到极大的提升。“中船、招商等大型企业已经率先与我们合作,将气凝胶运用到了航运中。”

项目一期30条原材料生产线投产后,中科润资(重庆)将达到去年全球一年的气凝胶产量。2021年,中科润资(重庆)还将投产90条生产线,届时,产能将达到去年全球产量的4倍,同时建成集气凝胶基础应用技术研发、产品制造、营销为一体的产业聚集区。

2021年,中科润资(重庆)气冲斗牛,这个摘下新型材料皇冠上明珠的企业,将在重庆合川散发出熠熠光辉将在气凝胶产业基地一期投用基础上,蹄疾步稳、快马扬鞭,奋力推进项目二、三期建设,力争用千亿级气凝胶产业集群将重庆合川建成“气凝胶之都”。

新闻链接  科普小常识

气凝胶,是指通过溶胶凝胶法,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。

虽然是固体,但气凝胶却轻盈缥缈,如烟似雾,其密度仅为3.55千克每立方米,仅为空气密度的2.75倍,是世界上密度最小、重量最轻的固体材料。因其半透明的色彩和超轻重量,看上去像凝固的烟,气凝胶也被称为“固态烟”或“冻住的烟”。

这种具有纳米多孔结构的新材料看似脆弱不堪,其实非常坚固耐用,最高能承受1400摄氏度的高温。从旅游用的户外服装帐篷,到环保、冰箱冷库、电力冶金领域,甚至在航空航天、军用装备、交通运输、建筑节能、石油化工、电池储能、船舶车辆、精密仪器等领域都具有非常广阔的应用前景,是改变世界的十大新材料之一。

 

 

 

 

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