【转型进行时】神奇气凝胶 给转型加点“料”

  材料产业是战略性、基础性产业,也是未来高新技术产业发展的基石和先导,山西将新材料产业确定为加速新旧动能转换,实现工业转型升级产业。神奇的气凝胶这个“料”不只是新材料的“料”,更是为促进山西产业转型,育苗成林,茁壮成长加的一份养“料”。
  独有特性,在生活中产生很大影响
  有人称它是一团“冻结的蓝烟”,也有人叫它“固体空气”,一种被誉为可以改变世界的神奇材料。它是世界上最轻的固体,10克的量就能铺满一个足球场;它是世界上密度极小的固体,是迄今为止保温性能最好的材料。与传统绝热材料相比,它用更轻的质量、更小的体积达到更好的隔热效果,在航空航天、隔音降噪、节能环保等领域大有可为。
  太原理工大学无机非金属材料系主任苗洋介绍,它的名字叫气凝胶,经过特殊的干燥工艺,把内部的溶剂替换后就能生出孔隙率高、密度低的新材料。在华阳新材料科技集团气凝胶科创城研发中心研究院院长胡博的眼里,万物皆可气凝胶,气凝胶是一种结构,它的微观结构就类似于鸟巢,二氧化硅颗粒支撑起骨架,中间充盈空气,正是这样特殊的结构,气凝胶在热学、光学、声学、电学、催化、吸附等领域有了特殊的性质。
  记者手拿丁烷喷枪,感受喷射而出800摄氏度的火焰炙烤毡板的过程。高温后,毡板背面仍保持常温。为什么会有这种效果呢?得益于毡板中添加了一层气凝胶材料。除此以外,高层建筑的外墙保温、消防员穿的消防服和避火服,有了气凝胶材料加持,热防护性能足足提升三倍。
  最近,华阳集团的零能耗小屋频频亮相媒体,起到保温作用的正是气凝胶墙板夹心层。小屋无需外接电源,就能保证屋内恒温,完全实现了零能耗。由于气凝胶特有的物理特性,它的功能应用可能远远不止于隔热保温,它的应用领域越来越广。比如,给储氢电池加大容量、为航天飞行器减重。日常生活中住宅楼房使用气凝胶材料后,大约2毫米的气凝胶材料的厚度就能代替原来5到8厘米的外墙保温材料,大大减轻楼房负担。
  当前,气凝胶产业已经成为新材料产业领域争相竞逐的产业高地。浙江大学高分子科学与工程学系教授高超介绍,上世纪美国首次制备出气凝胶。由于工艺复杂及成本太高,只是被应用到少数的宇航服、太空服装几个尖端领域。2013年左右,由于中国加入,气凝胶算是真正地发展起来,它的产业化进程真正开始。目前来看,气凝胶是学术界、工业界关注的热门话题,2019年我国气凝胶制品的市场规模达到14亿元,预计到2029年,规模将达到30亿元,中国作为新兴经济体,它的增长也可能是指数性的,气凝胶市场的规模将更加广阔。
  山西建立亚洲最大生产基地,打造产业集聚区
  我国生产气凝胶主要包括碳气凝胶、有机聚合物气凝胶以及氧化硅气凝胶、硅铝气凝胶等,价格已经从百万元每吨下降到万元每吨,这体现出我国在这个行业赶超发展所带来的影响。
  在这个行业的赶超者当中,我们看到了我省企业华阳集团的身影。华阳集团前身阳煤集团以煤炭为主业,但目前华阳集团已经建起了亚洲最大的气凝胶生产基地。从煤炭企业到世界最先进的新材料产业企业,如何迈出这第一步?胡博说,新材料产业是战略性、基础性产业,也是未来高新技术产业发展的基石和先导。按照省委推动高质量转型发展的战略要求,华阳集团立足研发尾部,量产首部,发展新材料产业,由此开展气凝胶新材料应用研究,成立气凝胶科创城研发中心这一高端科技创新平台;企业设立了阳泉、北京、深圳三个研发基地,近期还计划在杭州、太原设立新材料联合研究院,在上海和广州设立了联合研究室;聘请清华大学、北京大学、浙江大学、东华大学、武汉大学、深圳大学等国内知名院校学术带头人共同开发气凝胶新产品。
  前不久,记者走进华阳集团在上海和深圳两地的研发基地,在引领和支持着华阳集团不断前行的研发基地里有什么新动向?“新材料”是东华大学的头部学科、王牌学科。2018年,东华大学制备出了世界首创的柔性陶瓷纳米纤维气凝胶,彻底颠覆了传统气凝胶的“硬汉”形态。这款新材料拿在手里又轻又软,轻轻触碰,就像要腾空而起。东华大学丁彬教授向记者介绍:“传统气凝胶材料用在飞机上,飞行时带来的震动会把表面材料震碎,失去了隔热性能,非常危险。换成弹性陶瓷纤维气凝胶后,新材料具有非常好的弹性,飞机震动后仍保持完整形态,持续为飞机隔热。纤维气凝胶和羽绒材料相比,保暖效果更好。”
  在深圳大学,徐坚教授及其团队制备的聚酰亚胺纳米纤维气凝胶具有超强的韧性。徐坚教授认为:“料要成材、材要成器、器要好用,这个是我们发展的一个目标。我们从一开始在这个设计上就非常明确,以需求为牵引、以市场应用场景为目标,来设计课题。我们希望经过三到五年的努力,把气凝胶这个产品能够推向市场、推向应用、产生经济效益。”
  与能人携手,与巨人同行,开发新产品
  如何利用好浙江大学的学科优势,来助力山西气凝胶新材料产业的发展?高超给出建议,把企业、高校和转化平台的优势融会贯通起来。华阳集团有市场和制造的优势;华阳集团科创城是以气凝胶核心材料为主的产业园,有转化、孵化和培育的优势;浙江大学、东华大学、太原理工大学等高校有人才和智力的优势,也有原创技术的优势。这样三方面强强联合,一是可以把现有的硅基气凝胶技术不断深入,应用方向不断拓展;二是可以开发新的气凝胶品种,比如铝基、陶瓷基、石墨烯基气凝胶等,为气凝胶全生态链和产业集群打下坚实的基础。下一步,将以项目、股权投资等多种合作方式,围绕节能建筑、绿色建材、石墨烯等新材料以及科创城园区企业需要解决的核心技术难题和新产品开发,通过产学研合作,协同高效推进,聚集优势资源,助力山西打造新材料科创高地和新产业高地。
  华阳集团前身是一家以煤炭为主营业务的企业,高大上的研发创新是怎样和传统企业结合到一起的呢?在这里要给大家介绍一个新名词:“PPT”,一种产学研结合向高端攀升的新模式。
  第一个“P”就是Paper,它翻译成中文就是纸张,但是它还有另外一个解释,就是重大原始创新;第二个“P”是指Patent,就是指颠覆性的技术,最后这个“T”是Transformation,它指的就是技术转化。这并不是普通的产学研结合,而是直接对接研发前沿,对接颠覆性领域的一个赶超模式。
  气凝胶产业正是围绕着“PPT”,也就是实现了重大的原始创新以及颠覆性的技术,并且实现了技术成果的转化。苗洋说,近年来,我省围绕着新、特、高、专、精、尖的目标,实施产业能力提升、延链补链招商、产品应用保障三大措施。这种模式对于我省新材料发展来说是必经之路,只有通过产学研相结合,通过高校与企业相结合,才能让新材料产业实现落地生根,发展壮大。胡博认为,创建气凝胶科创城以后,通过与行业领域的高端人才、研发团队共同建立科研平台,华阳集团就把这些科研前沿成果和技术掌握在了自己手里,这样就实现了“PPT”的前两个“P”,也就有了实现“T”技术转化的基础。
  当前,全国各地都在加紧布局新材料产业,抢占先机、谋求突破。山西如何在气凝胶领域率先突破,努力把新材料产业打造成转型发展的支柱产业?国家建筑材料测试中心副主任蒋荃认为,山西省布局新材料产业抓住了历史的最佳契机,我国到2030年要实现碳达峰,到2060年要实现碳中和。建材是国民经济的重要支柱产业,也是高碳产业,在政策的引导下,绿色低碳的新材料必然得到巨大发展。(沈佳

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