氣凝膠是如何“煉”成的？

譚峰

步入中化學華陸新材料有限公司（以下簡稱“華陸新材”）大廳展臺時，一位身著專業(yè)試驗服的工作人員正手持高溫噴槍為大家進行產(chǎn)品性能演示，噴槍迸發(fā)出的火焰溫度高達1300攝氏度，當火焰對準僅有1厘米厚的氣凝膠復合氈的一面灼燒時，復合氈非但沒有像傳統(tǒng)保溫材料一樣起火或化為灰燼，而且其另一面直接摸上去竟然并不燙手。

“這全是‘氣凝膠的功勞。”工作人員對記者說。

隨著參觀的深入，“氣凝膠”這一黑科技產(chǎn)品逐漸在人們眼前揭開其神秘的面紗。它有什么優(yōu)異的性能？又是如何在重慶長壽這片廣袤土地上“誕生”并“茁壯成長”的呢？

初遇：氣凝膠是個“技術(shù)活”

“華陸新材創(chuàng)立之前，我們很早就開始關注氣凝膠這個‘新事物，并開始進行前端布局，從公司成立，到項目建成投產(chǎn)，再到產(chǎn)品進入市場獲得認可，氣凝膠產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)絕對是一個容不得半點馬虎的‘技術(shù)活。” 華陸新材總經(jīng)理徐妥夫在采訪中對記者說。

徐妥夫行步如風，跟隨著他的步伐，記者走進華陸新材生產(chǎn)車間，在忙碌生產(chǎn)裝置上，幾個別致醒目的大字懸掛在墻上——“技術(shù)引領，流程智能，質(zhì)量一流”……

初遇氣凝膠，作為中國化學華陸工程科技有限責任公司的第一個實業(yè)項目，步履匆匆的華陸新材一直保持敞開胸襟，虛心地向各個行業(yè)的領先企業(yè)學習交流，博采眾長，力求走出一條具有中國化學特色的、貼合華陸科技發(fā)展實際的、屬于華陸新材自己的實業(yè)發(fā)展道路。這其中就包括在化工行業(yè)聲名鵲起的萬華化學。據(jù)徐妥夫回憶，當時萬華化學黨委書記、董事長廖增太，常務副總裁、中央研究院院長華衛(wèi)琦一行到華陸新材調(diào)研，會后，廖增太等人一致提出，對于剛起步的華陸新材來說，掌握現(xiàn)有的核心技術(shù)，開發(fā)新的核心技術(shù)，將是很長一段時期內(nèi)華陸新材研發(fā)工作的重中之重，華陸新材一定要不斷加強技術(shù)研發(fā)投入，推動工藝技術(shù)改造提升，持續(xù)優(yōu)化生產(chǎn)流程、進一步完善技術(shù)體系，并始終堅持將技術(shù)創(chuàng)新作為企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的第一動力，不斷突破“卡脖子”技術(shù)瓶頸，實現(xiàn)關鍵技術(shù)自立自強，確保產(chǎn)品質(zhì)量有效提升，才能真正實現(xiàn)企業(yè)持續(xù)、健康、快速、穩(wěn)定、高質(zhì)量發(fā)展。

從無到有，氣凝膠的“煉成”需要強大的技術(shù)的支撐。

氣凝膠是目前世界上已知最輕的固體，外觀透如藍煙，80%以上都是空氣，其除了具有極低的密度，極優(yōu)良的隔熱、隔音、疏水透氣性能外，還擁有極低的折射率，絕緣效果更是比最好的玻璃纖維還要強39倍。基于上述種種優(yōu)異的性能，我們不難預測，氣凝膠材料將會是傳統(tǒng)保溫隔熱材料革命性替代產(chǎn)品，對降低碳排放，實現(xiàn)“雙碳”目標具有重要戰(zhàn)略意義。

氣凝膠誕生于1931年，但直到20世紀90年代國外才開始將其產(chǎn)業(yè)化。由于干燥過程成本較高，早期氣凝膠只用于航天軍工和石化領域。我國的氣凝膠技術(shù)起步較晚。2012年國內(nèi)首套1000L超臨界二氧化碳氣凝膠干燥設備投產(chǎn)，標志著國內(nèi)氣凝膠產(chǎn)業(yè)走向規(guī)模化生產(chǎn)，隨后經(jīng)過多次技術(shù)迭代，生產(chǎn)成本逐步降低。國內(nèi)氣凝膠企業(yè)逐步增加，氣凝膠進入快速發(fā)展通道。

從化學工程的角度來看，氣凝膠是一種具有高通透性的納米多孔三維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)特征的固體材料，該結(jié)構(gòu)使其具有了無對流效應、無窮多遮擋板效應、無窮長路徑效應等諸多奇特效應。氣凝膠具有優(yōu)異的隔音、隔熱、疏水性能的根本原因即歸功于其具有的均勻致密的納米孔及多級分形孔道微結(jié)構(gòu)，可以有效阻止空氣對流，降低熱輻射和熱傳導，并有效阻止大顆粒分子通過。

對此，氣凝膠領域技術(shù)專家王貝爾在采訪中表示：“氣凝膠的防火隔熱性能主要來源于它的特殊的結(jié)構(gòu)，或者說氣凝膠這個詞本身就是一種物質(zhì)結(jié)構(gòu)形態(tài)的代名詞。氣凝膠內(nèi)部均勻分散著無數(shù)個納米級的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，您可以理解成多孔海綿的一個納米版，它的孔徑基本上在20-50納米之間。而空氣分子的平均自由程約為70納米，遠大于氣凝膠材料孔隙的直徑，因此空氣在氣凝膠上流動效率極低，所以這一類產(chǎn)品它的熱對流可以降到最低，同時，由于氣凝膠復合材料本身的比熱容很高，故而熱輻射在其中的傳遞也能降到最低。”

而氣凝膠復合材料則是采用納米氣凝膠與玻璃纖維、陶瓷纖維等具有不同特性的基材復合，將具有優(yōu)異性能的氣凝膠與柔性基材完美結(jié)合在一起，最大化保留了氣凝膠輕質(zhì)、隔熱等特性，并賦予了氣凝膠柔性與韌性，以此得到的氣凝膠復合材料是目前已知性能最優(yōu)異的保溫固體材料，使其具有超長的使用壽命、超強的隔熱性能、超高的耐火性能等諸多優(yōu)勢被譽為“改變世界的神奇材料”。氣凝膠早期主要應用在航天、軍工和國防領域，后逐步擴展至石化、工業(yè)、建筑、交通、日用等領域，在電極載體材料、催化材料、傳感材料、納米滅菌材料、藥物釋放等諸多新興領域均有廣泛研究。

中國化工新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告數(shù)據(jù)稱，2021年全球氣凝膠市場規(guī)模約8.7億美元，預計2030年可達到37.43億美元，未來10年年均復合增長率約17.6%。在新能源汽車方面，氣凝膠能夠有效解決低溫環(huán)境下磷酸鐵鋰電池的保溫問題以及高溫環(huán)境下三元電池熱失控擴散問題，是鋰電隔熱的首選材料。ID TechEx數(shù)據(jù)顯示，氣凝膠未來在建筑和電池組市場收入占比增長迅速。

毋庸置疑，作為高效的絕熱節(jié)能材料，氣凝膠是國家基礎戰(zhàn)略性前沿新材料。但是，氣凝膠的推廣應用還有很長的路要走，也存在很多突出問題需要解決：比如，氣凝膠產(chǎn)品在保溫行業(yè)滲透率低，應用普及難度大；無機氣凝膠脆性大，剛性差，而有機氣凝膠雖然力學性能好，但是耐高溫性能差，等等。面對這樣的難題，華陸新材又是如何解決的呢？

相知：發(fā)展就是不斷化解“難題庫”

2022年9月，重慶正值金秋時節(jié)，剛投產(chǎn)不久的華陸新材公司就召開了氣凝膠推廣應用專題研討會，意在就氣凝膠材料的推廣應用工作與產(chǎn)業(yè)鏈各優(yōu)秀企業(yè)進行深入研究探討，為攻克一個個技術(shù)難題、也為氣凝膠行業(yè)的發(fā)展出謀劃策。一名與會專家表示，“氣凝膠是個新興產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)業(yè)培育發(fā)展的過程就像是在做一個‘難題庫中的題目，總有諸多層出不窮、意料之外的難題出現(xiàn)在我們面前。但是通過充分的溝通交流與案例分享，與會人員一致認為，氣凝膠行業(yè)的發(fā)展，離不開研發(fā)、生產(chǎn)、設計、施工、應用等各個環(huán)節(jié)協(xié)作推動，共同發(fā)力。大家要充分認識氣凝膠推廣應用的重要現(xiàn)實意義，以促進行業(yè)轉(zhuǎn)型升級發(fā)展為己任，有效整合各項資源，與傳統(tǒng)業(yè)務形成優(yōu)勢互補，持續(xù)推動氣凝膠產(chǎn)業(yè)穩(wěn)步前進”。

在氣凝膠行業(yè)發(fā)展使命的激勵下，華陸新材科技工作者們分秒必爭，全天候投入到改善氣凝膠工藝技術(shù)、豐富氣凝膠產(chǎn)品、滿足多元化產(chǎn)品應用需求的工作中。經(jīng)過兩年多的技術(shù)沉淀與開發(fā)，通過改變氣凝膠的制備體系，華陸新材成功制備了耐高溫柔性氣凝膠材料，該材料不僅具有極高的耐溫性能，同時在拉伸、彎曲時不會發(fā)生斷裂，極大拓寬了氣凝膠的應用領域。

在深冷應用場景中，氣凝膠材料面臨著更高要求。為了適應不同條件下的材料防護功能，氣凝膠需兼具超低導熱率和優(yōu)異力學性能。對此，華陸新材深冷材料項目組通過一系列技術(shù)優(yōu)化，反復實驗，最終開發(fā)出了深冷氣凝膠復合材料（HUALU-Cryshield）產(chǎn)品。該產(chǎn)品經(jīng)施工驗證具有導熱系數(shù)低、吸濕率低、力學性能好的優(yōu)點，適用于多種保冷工況，同時也填補了國內(nèi)柔性氣凝膠深冷保溫材料領域的空白。

在新能源車動力電池及整車的防火隔熱系統(tǒng)中，氣凝膠也在近年來大放光彩。相較于傳統(tǒng)保溫材料，二氧化硅氣凝膠只需1/5～1/3的厚度即可達到同等的隔熱效果，為動力電池及整車節(jié)省更多空間。目前，華陸新材掌握了新型氣凝膠電池隔熱技術(shù)，有效地解決了氣凝膠材料掉粉問題，創(chuàng)新性開發(fā)出10余種阻燃隔熱、緩震抗沖擊氣凝膠隔熱片系列產(chǎn)品，構(gòu)建起了電芯模組、PACK及整車級別的立體式防火隔熱系統(tǒng)，可以使新能源汽車充分滿足熱擴散防護標準。

針對氣凝膠在建筑領域的應用，華陸新材設立了專業(yè)的疏水性二氧化硅氣凝膠粉體應用實驗室，研發(fā)了氣凝膠粉體的水性分散技術(shù)。該技術(shù)應用于氣凝膠涂料，在高效分散的同時可以提高涂層的附著力，延長氣凝膠涂料的使用壽命。

相守：華陸是個“大家庭”

“我們現(xiàn)在所在的位置就是我公司一期項目的所在地，請向遠處看，那是我們的二期工程，它正在有條不紊地推進中。” 工作人員一邊用手指著遠方，一邊對記者說。

隨著采訪的逐漸深入，記者深刻感受到華陸新材的員工已將這里當作他們的“第二個家”。而他們口中的“第一期”“第二期”“第三期”既是華陸新材氣凝膠項目由0到1逐步推進的過程，亦是華陸新材從初步籌建到發(fā)展壯大的生動寫照，它見證了華陸新材這個“大家庭”的創(chuàng)業(yè)史。

時間回到2020年6月，當時仍處于華陸新材氣凝膠項目研發(fā)的初期。“這是一個艱難探索的階段。”徐妥夫?qū)τ浾哒f。“最初，公司還未正式注冊成立，便已經(jīng)開始緊鑼密鼓著手研發(fā)人員儲備與研發(fā)項目推進，沒有氣凝膠實驗室就借用合作方的實驗室，沒有檢測設備就送檢，總之我們想盡了一切辦法，只為保證初期調(diào)研驗證試驗能夠順利開展。”在試驗探索初期，試驗數(shù)據(jù)、工藝流程都是一片空白，每組試驗數(shù)據(jù)、每個流程節(jié)點都是經(jīng)過一遍又一遍、一次又一次反復查閱資料、反復試驗摸索出來的。

2021年9月開始，氣凝膠的研發(fā)進入到第二階段——全面攻堅期。項目建設進入關鍵時期，氣凝膠產(chǎn)品的相關開發(fā)工作也迎來重要節(jié)點，經(jīng)過反復試驗探索和工藝優(yōu)化，氣凝膠的制備及開發(fā)有了基礎數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，但對于徹底完成主要技術(shù)開發(fā)仍然面臨著較大壓力和諸多困難。從細化試驗方案到跟進試驗結(jié)果、總結(jié)經(jīng)驗，密密麻麻的試驗記錄，堆積成山的試驗樣品，都是華陸新材產(chǎn)品開發(fā)艱辛之路最好的見證。2022年初，公司產(chǎn)品各項參數(shù)全部滿足GB/T 34336要求！

“當下的這一階段，氣凝膠的研發(fā)到了什么樣的程度？”

面對記者的提問，徐妥夫說：“我們現(xiàn)在有了完善的管理體制，穩(wěn)定的工業(yè)產(chǎn)能，產(chǎn)品已經(jīng)獲得市場認可，但也并不能說明項目開發(fā)取得了全面勝利，畢竟，氣凝膠產(chǎn)業(yè)發(fā)展還有很長的路要走，氣凝膠產(chǎn)品還沒有真正走進用戶身邊，解決更多的應用問題，這是華陸新材的使命，也是我們研發(fā)工作的努力方向。”

據(jù)工作人員向記者介紹，華陸新材第一期年產(chǎn)5萬方硅基納米氣凝膠復合材料，項目采用華陸新材獨創(chuàng)的“一步催化法合成硅酸酯”+超臨界二氧化碳干燥工藝，目前共有自動化生產(chǎn)線4條，真正實現(xiàn)了氣凝膠復合材料的連續(xù)化、規(guī)模化生產(chǎn)。

經(jīng)歷三個階段的華陸新材在迎來初現(xiàn)的曙光后，正及時制定相關戰(zhàn)略，以市場需求為導向，集中力量重點推進各研發(fā)項目，目前已取得了一系列重要技術(shù)成果，除正在不斷完善的面向傳統(tǒng)保溫場景的Physheild Pro、Pro+系列產(chǎn)品外，華陸新材現(xiàn)已擁有面向不同領域的4類10余種氣凝膠產(chǎn)品，其中包括面向新能源汽車及儲能領域的電池隔熱片產(chǎn)品（Pysheild BP Series），面向建筑領域的定制保溫產(chǎn)品（Pysheild H Series），適用于超高溫應用場景的耐高溫氣凝膠復合材料產(chǎn)品，適用于超低溫應用場景的深冷氣凝膠復合材料產(chǎn)品（Cryshield）等。一個又一個技術(shù)難題的突破，意味著華陸新材真正融入了氣凝膠行業(yè)，并以其獨特的戰(zhàn)略眼光開辟了諸多新興應用市場。華陸新材董事長田健表示，未來，華陸新材將堅定不移地走“技術(shù)+”發(fā)展路線，積極構(gòu)建以“基礎研究+技術(shù)攻關+成果轉(zhuǎn)化”為主線的研發(fā)實驗室、中試基地、量產(chǎn)車間三位一體的全過程創(chuàng)新生態(tài)鏈路徑，以實實在在、源源不斷的技術(shù)創(chuàng)新引領行業(yè)健康快速發(fā)展，力爭成為氣凝膠產(chǎn)業(yè)鏈鏈長單位，努力做行業(yè)的開拓者、建設者和成就者，以優(yōu)質(zhì)高效的氣凝膠產(chǎn)品和綜合能源管理解決方案滿足客戶需求，回報社會認可，助力國家“雙碳”目標早日實現(xiàn)。

當記者即將結(jié)束采訪任務從渝返京的時候，意外地發(fā)現(xiàn)了華陸新材的另一面。如果說取得一個個令人拍手稱絕的成績是華陸新材“硬實力”的體現(xiàn)的話，那么華陸新材黨支部書記韓志偉在采訪中對記者所講述的故事，則從另一個側(cè)面折射出華陸新材的“軟實力”。

“您也許有所不知，我們很多同事都不是重慶本地人，都是從天南海北走到一起來的‘戰(zhàn)友。大家為著一個共同的目標，心往一處想，勁往一處使，最終讓氣凝膠的研發(fā)由紙上談兵轉(zhuǎn)變?yōu)閷崒嵲谠诘睦劾鄞T果。” 韓志偉對記者說。

“凝聚成一根繩，方可成就一番事業(yè)。”這是許多華陸新材的技術(shù)經(jīng)營骨干離開家鄉(xiāng)，來到這938畝土地上創(chuàng)業(yè)奮斗的初衷。他們來自五湖四海不同地區(qū)，有陜西，有河南，有甘肅，有云南，有重慶……他們把華陸新材當作自己的“家”。有的將愛情和親情留在了家鄉(xiāng)，有的與親人一起來到異地，有的只身前往，懷著篤定的信念，全身心投入到了氣凝膠新材料產(chǎn)品應用研發(fā)和市場開發(fā)的最前沿。

在創(chuàng)業(yè)初期，華陸新材面臨著無數(shù)的挑戰(zhàn)和困難。氣凝膠作為新材料，在國內(nèi)應用并不廣泛，傳統(tǒng)技術(shù)自動化程度低，產(chǎn)能規(guī)模不大，產(chǎn)品不穩(wěn)定。華陸新材作為行業(yè)的開拓者和建設者，擔負著培育和引導氣凝膠行業(yè)發(fā)展的重任。“創(chuàng)業(yè)的過程是艱辛的，我們需要開發(fā)最前沿的工藝技術(shù)，提升行業(yè)的發(fā)展前景，需要不斷開發(fā)新的應用場景，讓先進的氣凝膠材料走進用戶企業(yè)，我們需要在陌生的城市里適應新的工作環(huán)境和行業(yè)差異，盡快完成項目建設和產(chǎn)品下線。”韓志偉頗有心得地向記者袒露。

華陸新材的“軟實力”是什么？兩個字可以概括：信仰。而信仰何嘗不是華陸新材在研發(fā)氣凝膠道路上所創(chuàng)造的一個個的奇跡的另外一個制勝法寶呢？

對此，韓志偉繼續(xù)對記者講述道：在攻克技術(shù)難題時，華陸新材的研發(fā)工程師可能一天也吃不上一頓飯；在外出與客戶交流時，華陸新材的銷售人員每天都要跑好幾個點；在項目建設和技術(shù)改造時，華陸新材的工程團隊時常會堅守到太陽東升……這一路，很辛苦，但是我們絕不會放棄，每一位“華陸人”相互扶持、相互鼓勵，秉持著“同心同德，共生共贏”的信仰，在重慶市長壽區(qū)這片土地上一起過險灘、翻峻嶺、破駭浪，盡情揮灑著專屬于“華陸人”創(chuàng)業(yè)者的汗水。

華陸新材人始終堅信，辛勤的汗水必將澆灌出幸福的花朵，它不僅帶來了華陸新材在氣凝膠行業(yè)中所取得的驕人戰(zhàn)績，還澆灌了志同道合的革命戰(zhàn)友攜手共赴美好生活的浪漫種子。“彼時，還是初來乍到走進華陸新材創(chuàng)業(yè)的青年男女，到如今，下一代都已經(jīng)滿地跑了。” 韓志偉向記者開這個玩笑時，他眼里有光——這或許就是披荊斬棘的創(chuàng)業(yè)者們，所該擁有的光芒。