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质地轻薄、干脆、微透，用力按压甚至可以将它压碎，这就是未来十大新材料之一 ——气凝胶。 不久前，南京工业大学材料科学与工程学院硕士生锁浩在第十六届“挑战杯”竞赛江苏省比赛中提出制备成本低、使用周期长及高温热导率低的新型碳纤维增强碳化物气凝胶材料，对光伏行业中晶硅生长炉进行节能改造，替换晶硅生长炉中高纯石墨毡，可有效降低40%的成本，突破国外技术和价格双重壁垒，荣获特等奖。 气凝胶材料是一类以固体为骨架、气体为分散介质的具有三维多孔网络结构的新型材料，与其他化学物质结合，还可以形成以玻璃纤维、发泡体、碳纤维等为增强体的多种气凝胶产品，从而具有低密度、高比表面积和低热导率等优异性能。 近日，记者走进南京工业大学材料科学与工程学院气凝胶研发科研团队，发现他们的研发产品涉及隔热、吸附、光催化、载药等领域。 借用筋骨，助力工业节能 “碳纤维就好比人的骨架一样，使其具有耐高温、高强度、低导热系数等特点。”气凝胶研发课题组成员、南京工业大学材料科学与工程学院讲师吴晓栋说。 碳纤维增强碳化物气凝胶材料是以耐高温碳纤维作为增强体，采用溶胶—凝胶工艺将气凝胶前驱体固化在碳纤维的孔洞内部，通过后续的超临界和热处理等工艺制备而成，作为高性能绝热材料，在真空、惰性氛围、单晶硅、多晶硅炉体及航空航天等领域具有广泛应用。 “我们对比了国内外气凝胶商业产品，发现目前市场上的气凝胶产品虽然具有低热导率，但是其最高工作温度低，且耐温性差。”锁浩说。 他们采用廉价无机铝盐和硼源为原料、碳纤维作为增强材料，突破多项关键技术制备性能优异的碳纤维增强碳化物气凝胶。 该产品目前已在晶科能源控股有限公司和宿迁新材料研究院进行中试研究，完成碳纤维增强碳化物气凝胶材料中试生产线购置、中试生产和应用研究。 贴近生活，建筑保温防火灾 南京工业大学材料科学与工程学院博士生刘思佳现在作为访问博士生在怀俄明大学学习，是气凝胶材料研究的“老杆子”。大二开始，他就在南京工业大学教授崔升的课题组做气凝胶保温相关的研究。 据刘思佳介绍，我国气凝胶的研究是从上世纪90年代开始的，经过不到30年的发展，已投入市场应用。 刘思佳使用发泡水泥、泡沫玻璃及发泡陶瓷等作为增强体，结合真空浸渍和快速乙醇超临界干燥工艺，制备出一系列发泡体复合二氧化硅气凝胶隔热材料。这一发明克服了气凝胶材料无法承重的缺陷，使气凝胶具备抗压折能力，甚至可用在某些特定结构中做承重材料，替代非承重墙体。 “作为非承重墙体，气凝胶热导率低，还具有良好的保温效果。” 崔升说，“另外，气凝胶属A级保温材料，遇到火星不会燃烧，将它作为保温材料也能避免火灾的发生。” 除了作为墙体保温材料，崔升表示，气凝胶还可制作成玻璃窗，增强玻璃的保温效果。 前景广阔，具有良好的经济价值 “如果在笔记本电脑和手机底面用上这样的保温材料，可以引导热量从周边散出，有助于提高散热效率、增强使用舒适度。”崔升说，气凝胶还可以应用到新能源汽车的锂电池上，在锂电池之间加上气凝胶产品，可以防止每块锂电池的热量互相影响，也可进一步防止电池因高温而导致燃烧。 除此之外，气凝胶拥有广阔的应用前景，可应用于生产生活、航空航天、石油化工、新能源、汽车列车等领域。 2017年11月19日中国绝热节能材料协会气凝胶材料分会成立，南京工业大学成为会长单位。近年来，南京工业大学研发了包括隔热用、吸附用、载药用、光催化用和抗菌用等多种气凝胶材料，形成了以南京工业大学材料科学与工程学院院长沈晓冬、崔升为带头人的科研团队。 气凝胶成果已转让多家企业，实现了产业化应用。其中，基于纳米气凝胶绝热材料的保温管道、保温水箱等项目，已累计实现经济效益24572万元。在吸附领域，聚丙烯纤维复合气凝胶材料系列产品有效应对油污处理，累计实现经济效益5452.4万元。 |
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