二氧化硅气凝胶节能新材料产业化

一、二氧化硅气凝胶材料

发展超高性能保温隔热材料，是大幅降低工业、建筑等能源消耗的重要支撑，成为实现“双碳”战略目标节能降耗的重要科技支撑。二氧化硅气凝胶材料具有小于空气分子的平均自由程的纳米级孔结构，达到类真空的隔热效果且兼具低导热、高阻燃、寿命长、耗损低、疏水性、环境友好等诸多优势，是目前综合性能最优的保温隔热产品材料。国务院近期发布的《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》中，明确指出要推动气凝胶等新型材料研发应用。

1)建筑保温：气凝胶水性纳米隔热保温涂料系统能有效阻止太阳光和空气中热辐射和热传导。该材料2毫米厚度相当于60毫米传统保温板的保温效果，而且可以一次性解决保温材料脱落、着火、开裂问题。二氧化硅气凝胶材料实现房屋建筑净热传输减少了29.8%，隔热温差高达15℃。

2)工业保温：基于粉体和气凝胶水性浆料技术开发的气凝胶浆料、气凝胶毡和气凝胶板材等多种二氧化硅气凝胶产品，与传统保温材料相比，气凝胶新材料保温厚度仅为其1/3~1/5；高度憎水，避免保温层下腐蚀；从-80℃-900℃均能稳定工作；使用寿命长达10年，是传统保温材料使用寿命的3倍以上，适合多种复杂工业环境中的保温节能需求。

二、研发项目

总体目标：针对工业、建筑等领域对高效隔热节能材料的广泛需求，开发气凝胶规模化绿色低碳生产路线，降低生产成本；发展表界面化学合成，提高气凝胶材料热绝缘性能及拓宽工况温度适用范围；探索建立气凝胶超薄涂层表征方法学，研究气凝胶微结构与热绝缘性能的构效关系，总结热绝缘理论与机制。基于气凝胶材料研发面向建筑保温和工业节能领域的超薄高效保温隔热系统，并实现规模工程应用。团队成员承担了中国院稳定支持基础研究领域青年团队、双碳研究院“揭榜挂帅”二期项目（申请中）、国家自然基金委重大项目等研究项目。

1．无机热绝缘极限材料（中国院稳定支持基础研究领域青年团队）

探索二氧化硅低维限域体系声子非谐性振动规律及散射机制，构建低维超低声子热输运的定量化评价模型，厘清无机气凝胶骨架结构热绝缘材料声子群速度、弛豫时间以及振动模式规律，揭示跨尺度下声子振动及散射机制，探底无机热绝缘极限；发展规模化组装方法，初步实现新一代超薄高效隔热材料在热管理、热防护和热力管道隔热等领域的实际应用。研究指标：明确二氧化硅低维限域体系中非谐性结构的调控规律，阐明跨尺度条件下的声子非谐性振动、散射规律及声子热输运机制。开发气凝胶骨架材料规模化组装方法，隔热使用温度范围（-40℃-1000℃），1000℃下宏观热导率不高于0.04W/m·K 

2.绿色低碳气凝胶生产路线和气凝胶超薄涂层表征方法（双碳研究院“揭榜挂帅”二期项目（申请中）、国家自然基金委重大项目等）

发展无机气凝胶宏量绿色化学合成工艺，发展表界面化学合成调控气凝胶材料结构骨架的成分、孔隙分布等关键因素；建立高信噪比，扫描-LFA/红外成像等多技术联用的热导率测量平台及方法。研究指标：3-5种高质量、低本征热导率的气凝胶材料宏量合成制备新途径;每生产1kg气凝胶减排率＞30%；扫描-LFA/红外成像热导率测量平台温度分辨率优于0.1K，时间分辨率优于50ns，热导率探测下限优于0.01Wm-1 K-1。

三、研究基础

1.研究团队及实验平台

中国科学技术大学吴长征教授团队专注低维材料合成新策略、宏量制备及其热传导性能研究。提出并发展了表界面合成化学，为系列物性如热、电运输调控提供新方法和思路。实现晶格热导率最低达到0.15Wm-1 K-1；非晶材料热导率最低达到0.018Wm-1 K-1的无机材料合成。在气凝胶超薄涂层表征方法研究方面与大连化物所合作，构建扫描近场光学/热学显微复合系统，用于表征材料非谐性结构诱导的局域光学及热学效应。实现多波长、宽温域TDTR平台，四种光学测量模式，包含电子弛豫、相干声子弛豫过程，表征材料热物性。

2.科研项目及成果

中国科学技术大学团队长期从事低维材料合成和热传导性能基础和应用研究，承担国家自然科学基金委重大项目、国家杰出青年科学基金、中科院先导B类、中科院稳定支持基础研究领域青年团队项目等。产业化团队已突破二氧化硅气凝胶产品密闭循环制备路线，凝胶孔道表面改性工艺、水性分散气凝胶粉末技术等最先进量产工艺，开发包括气凝胶粉末、气凝胶分散膏、隔热涂料、气凝胶膜/薄毡等源头创新的气凝胶产品。开发的建筑保温体系已经在工业建筑（包括海螺全椒水泥厂、海螺白马水泥厂、马鞍山钢铁集团等）、建筑保温项目（包括阜阳市、苏州市、USTC1958咖啡厅等）大面积使用。