气凝胶是如何“炼”成的？

谭峰

步入中化学华陆新材料有限公司（以下简称“华陆新材”）大厅展台时，一位身着专业试验服的工作人员正手持高温喷枪为大家进行产品性能演示，喷枪迸发出的火焰温度高达1300摄氏度，当火焰对准仅有1厘米厚的气凝胶复合毡的一面灼烧时，复合毡非但没有像传统保温材料一样起火或化为灰烬，而且其另一面直接摸上去竟然并不烫手。

“这全是‘气凝胶的功劳。”工作人员对记者说。

随着参观的深入，“气凝胶”这一黑科技产品逐渐在人们眼前揭开其神秘的面纱。它有什么优异的性能？又是如何在重庆长寿这片广袤土地上“诞生”并“茁壮成长”的呢？

初遇：气凝胶是个“技术活”

“华陆新材创立之前，我们很早就开始关注气凝胶这个‘新事物，并开始进行前端布局，从公司成立，到项目建成投产，再到产品进入市场获得认可，气凝胶产品的研发生产绝对是一个容不得半点马虎的‘技术活。” 华陆新材总经理徐妥夫在采访中对记者说。

徐妥夫行步如风，跟随着他的步伐，记者走进华陆新材生产车间，在忙碌生产装置上，几个别致醒目的大字悬挂在墙上——“技术引领，流程智能，质量一流”……

初遇气凝胶，作为中国化学华陆工程科技有限责任公司的第一个实业项目，步履匆匆的华陆新材一直保持敞开胸襟，虚心地向各个行业的领先企业学习交流，博采众长，力求走出一条具有中国化学特色的、贴合华陆科技发展实际的、属于华陆新材自己的实业发展道路。这其中就包括在化工行业声名鹊起的万华化学。据徐妥夫回忆，当时万华化学党委书记、董事长廖增太，常务副总裁、中央研究院院长华卫琦一行到华陆新材调研，会后，廖增太等人一致提出，对于刚起步的华陆新材来说，掌握现有的核心技术，开发新的核心技术，将是很长一段时期内华陆新材研发工作的重中之重，华陆新材一定要不断加强技术研发投入，推动工艺技术改造提升，持续优化生产流程、进一步完善技术体系，并始终坚持将技术创新作为企业高质量发展的第一动力，不断突破“卡脖子”技术瓶颈，实现关键技术自立自强，确保产品质量有效提升，才能真正实现企业持续、健康、快速、稳定、高质量发展。

从无到有，气凝胶的“炼成”需要强大的技术的支撑。

气凝胶是目前世界上已知最轻的固体，外观透如蓝烟，80%以上都是空气，其除了具有极低的密度，极优良的隔热、隔音、疏水透气性能外，还拥有极低的折射率，绝缘效果更是比最好的玻璃纤维还要强39倍。基于上述种种优异的性能，我们不难预测，气凝胶材料将会是传统保温隔热材料革命性替代产品，对降低碳排放，实现“双碳”目标具有重要战略意义。

气凝胶诞生于1931年，但直到20世纪90年代国外才开始将其产業化。由于干燥过程成本较高，早期气凝胶只用于航天军工和石化领域。我国的气凝胶技术起步较晚。2012年国内首套1000L超临界二氧化碳气凝胶干燥设备投产，标志着国内气凝胶产业走向规模化生产，随后经过多次技术迭代，生产成本逐步降低。国内气凝胶企业逐步增加，气凝胶进入快速发展通道。

从化学工程的角度来看，气凝胶是一种具有高通透性的纳米多孔三维网格结构特征的固体材料，该结构使其具有了无对流效应、无穷多遮挡板效应、无穷长路径效应等诸多奇特效应。气凝胶具有优异的隔音、隔热、疏水性能的根本原因即归功于其具有的均匀致密的纳米孔及多级分形孔道微结构，可以有效阻止空气对流，降低热辐射和热传导，并有效阻止大颗粒分子通过。

对此，气凝胶领域技术专家王贝尔在采访中表示：“气凝胶的防火隔热性能主要来源于它的特殊的结构，或者说气凝胶这个词本身就是一种物质结构形态的代名词。气凝胶内部均匀分散着无数个纳米级的三维网状结构，您可以理解成多孔海绵的一个纳米版，它的孔径基本上在20-50纳米之间。而空气分子的平均自由程约为70纳米，远大于气凝胶材料孔隙的直径，因此空气在气凝胶上流动效率极低，所以这一类产品它的热对流可以降到最低，同时，由于气凝胶复合材料本身的比热容很高，故而热辐射在其中的传递也能降到最低。”

而气凝胶复合材料则是采用纳米气凝胶与玻璃纤维、陶瓷纤维等具有不同特性的基材复合，将具有优异性能的气凝胶与柔性基材完美结合在一起，最大化保留了气凝胶轻质、隔热等特性，并赋予了气凝胶柔性与韧性，以此得到的气凝胶复合材料是目前已知性能最优异的保温固体材料，使其具有超长的使用寿命、超强的隔热性能、超高的耐火性能等诸多优势被誉为“改变世界的神奇材料”。气凝胶早期主要应用在航天、军工和国防领域，后逐步扩展至石化、工业、建筑、交通、日用等领域，在电极载体材料、催化材料、传感材料、纳米灭菌材料、药物释放等诸多新兴领域均有广泛研究。

中国化工新材料产业发展报告数据称，2021年全球气凝胶市场规模约8.7亿美元，预计2030年可达到37.43亿美元，未来10年年均复合增长率约17.6%。在新能源汽车方面，气凝胶能够有效解决低温环境下磷酸铁锂电池的保温问题以及高温环境下三元电池热失控扩散问题，是锂电隔热的首选材料。ID TechEx数据显示，气凝胶未来在建筑和电池组市场收入占比增长迅速。

毋庸置疑，作为高效的绝热节能材料，气凝胶是国家基础战略性前沿新材料。但是，气凝胶的推广应用还有很长的路要走，也存在很多突出问题需要解决：比如，气凝胶产品在保温行业渗透率低，应用普及难度大；无机气凝胶脆性大，刚性差，而有机气凝胶虽然力学性能好，但是耐高温性能差，等等。面对这样的难题，华陆新材又是如何解决的呢？

相知：发展就是不断化解“难题库”

2022年9月，重庆正值金秋时节，刚投产不久的华陆新材公司就召开了气凝胶推广应用专题研讨会，意在就气凝胶材料的推广应用工作与产业链各优秀企业进行深入研究探讨，为攻克一个个技术难题、也为气凝胶行业的发展出谋划策。一名与会专家表示，“气凝胶是个新兴产业，产业培育发展的过程就像是在做一个‘难题库中的题目，总有诸多层出不穷、意料之外的难题出现在我们面前。但是通过充分的沟通交流与案例分享，与会人员一致认为，气凝胶行业的发展，离不开研发、生产、设计、施工、应用等各个环节协作推动，共同发力。大家要充分认识气凝胶推广应用的重要现实意义，以促进行业转型升级发展为己任，有效整合各项资源，与传统业务形成优势互补，持续推动气凝胶产业稳步前进”。

在气凝胶行业发展使命的激励下，华陆新材科技工作者们分秒必争，全天候投入到改善气凝胶工艺技术、丰富气凝胶产品、满足多元化产品应用需求的工作中。经过两年多的技术沉淀与开发，通过改变气凝胶的制备体系，华陆新材成功制备了耐高温柔性气凝胶材料，该材料不仅具有极高的耐温性能，同时在拉伸、弯曲时不会发生断裂，极大拓宽了气凝胶的应用领域。

在深冷应用场景中，气凝胶材料面临着更高要求。为了适应不同条件下的材料防护功能，气凝胶需兼具超低导热率和优异力学性能。对此，华陆新材深冷材料项目组通过一系列技术优化，反复实验，最终开发出了深冷气凝胶复合材料（HUALU-Cryshield）产品。该产品经施工验证具有导热系数低、吸湿率低、力学性能好的优点，适用于多种保冷工况，同时也填补了国内柔性气凝胶深冷保温材料领域的空白。

在新能源车动力电池及整车的防火隔热系统中，气凝胶也在近年来大放光彩。相较于传统保温材料，二氧化硅气凝胶只需1/5～1/3的厚度即可达到同等的隔热效果，为动力电池及整车节省更多空间。目前，华陆新材掌握了新型气凝胶电池隔热技术，有效地解决了气凝胶材料掉粉问题，创新性开发出10余种阻燃隔热、缓震抗冲击气凝胶隔热片系列产品，构建起了电芯模组、PACK及整车级别的立体式防火隔热系统，可以使新能源汽车充分满足热扩散防护标准。

针对气凝胶在建筑领域的应用，华陆新材设立了专业的疏水性二氧化硅气凝胶粉体应用实验室，研发了气凝胶粉体的水性分散技术。该技术应用于气凝胶涂料，在高效分散的同时可以提高涂层的附着力，延长气凝胶涂料的使用寿命。

相守：华陆是个“大家庭”

“我们现在所在的位置就是我公司一期项目的所在地，请向远处看，那是我们的二期工程，它正在有条不紊地推进中。” 工作人员一边用手指着远方，一边对记者说。

随着采访的逐渐深入，记者深刻感受到华陆新材的员工已将这里当作他们的“第二个家”。而他们口中的“第一期”“第二期”“第三期”既是华陆新材气凝胶项目由0到1逐步推进的过程，亦是华陆新材从初步筹建到发展壮大的生动写照，它见证了华陆新材这个“大家庭”的创业史。

时间回到2020年6月，当时仍处于华陆新材气凝胶项目研发的初期。“这是一个艰难探索的阶段。”徐妥夫对记者说。“最初，公司还未正式注册成立，便已经开始紧锣密鼓着手研发人员储备与研发项目推进，没有气凝胶实验室就借用合作方的实验室，没有检测设备就送检，总之我们想尽了一切办法，只为保证初期调研验证试验能够顺利开展。”在试验探索初期，试验数据、工艺流程都是一片空白，每组试验数据、每个流程节点都是经过一遍又一遍、一次又一次反复查阅资料、反复试验摸索出来的。

2021年9月开始，气凝胶的研发进入到第二阶段——全面攻坚期。项目建设进入关键时期，气凝胶产品的相关开发工作也迎来重要节点，经过反复试验探索和工艺优化，气凝胶的制备及开发有了基础数据和经验，但对于彻底完成主要技术开发仍然面临着较大压力和诸多困难。从细化试验方案到跟进试验结果、总结经验，密密麻麻的试验记录，堆积成山的试验样品，都是华陆新材产品开发艰辛之路最好的见证。2022年初，公司产品各项参数全部满足GB/T 34336要求！

“當下的这一阶段，气凝胶的研发到了什么样的程度？”

面对记者的提问，徐妥夫说：“我们现在有了完善的管理体制，稳定的工业产能，产品已经获得市场认可，但也并不能说明项目开发取得了全面胜利，毕竟，气凝胶产业发展还有很长的路要走，气凝胶产品还没有真正走进用户身边，解决更多的应用问题，这是华陆新材的使命，也是我们研发工作的努力方向。”

据工作人员向记者介绍，华陆新材第一期年产5万方硅基纳米气凝胶复合材料，项目采用华陆新材独创的“一步催化法合成硅酸酯”+超临界二氧化碳干燥工艺，目前共有自动化生产线4条，真正实现了气凝胶复合材料的连续化、规模化生产。

经历三个阶段的华陆新材在迎来初现的曙光后，正及时制定相关战略，以市场需求为导向，集中力量重点推进各研发项目，目前已取得了一系列重要技术成果，除正在不断完善的面向传统保温场景的Physheild Pro、Pro+系列产品外，华陆新材现已拥有面向不同领域的4类10余种气凝胶产品，其中包括面向新能源汽车及储能领域的电池隔热片产品（Pysheild BP Series），面向建筑领域的定制保温产品（Pysheild H Series），适用于超高温应用场景的耐高温气凝胶复合材料产品，适用于超低温应用场景的深冷气凝胶复合材料产品（Cryshield）等。一个又一个技术难题的突破，意味着华陆新材真正融入了气凝胶行业，并以其独特的战略眼光开辟了诸多新兴应用市场。华陆新材董事长田健表示，未来，华陆新材将坚定不移地走“技术+”发展路线，积极构建以“基础研究+技术攻关+成果转化”为主线的研发实验室、中试基地、量产车间三位一体的全过程创新生态链路径，以实实在在、源源不断的技术创新引领行业健康快速发展，力争成为气凝胶产业链链长单位，努力做行业的开拓者、建设者和成就者，以优质高效的气凝胶产品和综合能源管理解决方案满足客户需求，回报社会认可，助力国家“双碳”目标早日实现。

当记者即将结束采访任务从渝返京的时候，意外地发现了华陆新材的另一面。如果说取得一个个令人拍手称绝的成绩是华陆新材“硬实力”的体现的话，那么华陆新材党支部书记韩志伟在采访中对记者所讲述的故事，则从另一个侧面折射出华陆新材的“软实力”。

“您也许有所不知，我们很多同事都不是重庆本地人，都是从天南海北走到一起来的‘战友。大家为着一个共同的目标，心往一处想，劲往一处使，最终让气凝胶的研发由纸上谈兵转变为实实在在的累累硕果。” 韩志伟对记者说。

“凝聚成一根绳，方可成就一番事业。”这是许多华陆新材的技术经营骨干离开家乡，来到这938亩土地上创业奋斗的初衷。他们来自五湖四海不同地区，有陕西，有河南，有甘肃，有云南，有重庆……他们把华陆新材当作自己的“家”。有的将爱情和亲情留在了家乡，有的与亲人一起来到异地，有的只身前往，怀着笃定的信念，全身心投入到了气凝胶新材料产品应用研发和市场开发的最前沿。

在创业初期，华陆新材面临着无数的挑战和困难。气凝胶作为新材料，在国内应用并不广泛，传统技术自动化程度低，产能规模不大，产品不稳定。华陆新材作为行业的开拓者和建设者，担负着培育和引导气凝胶行业发展的重任。“创业的过程是艰辛的，我们需要开发最前沿的工艺技术，提升行业的发展前景，需要不断开发新的应用场景，让先进的气凝胶材料走进用户企业，我们需要在陌生的城市里适应新的工作环境和行业差异，尽快完成项目建设和产品下线。”韩志伟颇有心得地向记者袒露。

华陆新材的“软实力”是什么？两个字可以概括：信仰。而信仰何尝不是华陆新材在研发气凝胶道路上所创造的一个个的奇迹的另外一个制胜法宝呢？

对此，韩志伟继续对记者讲述道：在攻克技术难题时，华陆新材的研发工程师可能一天也吃不上一顿饭；在外出与客户交流时，华陆新材的销售人员每天都要跑好几个点；在项目建设和技术改造时，华陆新材的工程团队时常会坚守到太阳东升……这一路，很辛苦，但是我们绝不会放弃，每一位“华陆人”相互扶持、相互鼓励，秉持着“同心同德，共生共赢”的信仰，在重庆市长寿区这片土地上一起过险滩、翻峻岭、破骇浪，尽情挥洒着专属于“华陆人”创业者的汗水。

华陆新材人始终坚信，辛勤的汗水必将浇灌出幸福的花朵，它不仅带来了华陆新材在气凝胶行业中所取得的骄人战绩，还浇灌了志同道合的革命战友携手共赴美好生活的浪漫种子。“彼时，还是初来乍到走进华陆新材创业的青年男女，到如今，下一代都已经满地跑了。” 韩志伟向记者开这个玩笑时，他眼里有光——这或许就是披荆斩棘的创业者们，所该拥有的光芒。