——訪上海同濟(jì)大學(xué)教授倪星元
“氣凝膠”這個(gè)詞匯近年來(lái)出現(xiàn)的頻率不斷增加，人們對(duì)氣凝膠的認(rèn)知也在不斷加深。從對(duì)其一無(wú)所知到逐步認(rèn)識(shí)到它的優(yōu)越性，特別是在“十三五”規(guī)劃中強(qiáng)調(diào)新材料戰(zhàn)略的作用后，氣凝膠更是成為先進(jìn)新型材料中的關(guān)注焦點(diǎn)。
目前我國(guó)對(duì)氣凝膠的研究工作主要集中在同濟(jì)大學(xué)波爾固體物理研究所、國(guó)防科技大學(xué)、清華大學(xué)、浙江大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等。同時(shí)，我國(guó)高校在氣凝膠科研領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)程度以及國(guó)內(nèi)企業(yè)在降低氣凝膠制造成本的技術(shù)探索上的能力不斷加強(qiáng)，并開(kāi)始向世界先進(jìn)水平進(jìn)軍，跨入世界先進(jìn)行列。
記者有幸采訪到了同濟(jì)大學(xué)教授倪星元，請(qǐng)他講述一下同濟(jì)大學(xué)以及我國(guó)氣凝膠的研究進(jìn)展情況，并談到氣凝膠在建筑建材應(yīng)用領(lǐng)域的情況。
同濟(jì)大學(xué)助力氣凝膠領(lǐng)域研發(fā)
1931年，美國(guó)斯坦福大學(xué)Kistler通過(guò)水解水玻璃制備得到氣凝膠，但由于生產(chǎn)成本太高并沒(méi)有得到人們的廣泛關(guān)注。20世紀(jì)80年代，歐洲的一些物理學(xué)家開(kāi)始對(duì)這一新材料進(jìn)行研究，1985年德國(guó)維爾茨堡大學(xué)物理所組織召開(kāi)了第一屆“氣凝膠國(guó)際研討會(huì)”。20世紀(jì)90年代初，美國(guó)重新開(kāi)始對(duì)氣凝膠進(jìn)行研究。
同濟(jì)大學(xué)也是在20世紀(jì)90年代就開(kāi)始了對(duì)氣凝膠的研究工作，可以說(shuō)是我國(guó)最早的一批研究氣凝膠的科研院所。氣凝膠是由90%以上的空氣和不足10%的固體構(gòu)成，氣凝膠是世界上密度最小的固體之一，密度僅為3千克每立方米。氣凝膠特殊的納米孔洞和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出很多非常優(yōu)異的物理和化學(xué)特性和功能。倪星元介紹說(shuō)：“我們同濟(jì)大學(xué)固體物理研究所最早是對(duì)氣凝膠的物理性質(zhì)的應(yīng)用切入開(kāi)始進(jìn)行研究的。目前對(duì)氣凝膠使用功能的研究多是在物理功能上的延伸。當(dāng)前同濟(jì)大學(xué)對(duì)氣凝膠功能的研究集中在熱學(xué)方面、光學(xué)方面、電學(xué)方面、聲學(xué)方面以及力學(xué)（如防爆，抗沖擊）等方面，也進(jìn)行了一些有關(guān)化學(xué)吸附的研究?！皬牟牧戏矫鎭?lái)講，我們研究的比較廣，我們研究的有無(wú)機(jī)氣凝膠、有機(jī)氣凝膠以及復(fù)合氣凝膠，除了最常見(jiàn)的是硅氣凝膠，還有碳系，硫系，金屬氧化物系，金屬系等等，同濟(jì)大學(xué)在這些方面大部分都有所涉獵。”
在最早的應(yīng)用中氣凝膠被廣泛應(yīng)用在航天航空以及軍事領(lǐng)域，因?yàn)闅饽z的一些特性，使其成為了航天探測(cè)中不可替代的材料，俄羅斯“和平”號(hào)空間站和美國(guó)“火星探路者”探測(cè)器都是用它來(lái)進(jìn)行絕緣的。目前除了航天領(lǐng)域外，氣凝膠還可廣泛應(yīng)用于軍工、石化、電力、冶金、建筑、服裝等眾多領(lǐng)域，尤其是作為傳統(tǒng)保溫材料的重要替代產(chǎn)品。
保溫隔熱是當(dāng)前氣凝膠應(yīng)用開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)，當(dāng)氣凝膠正面經(jīng)受1000多攝氏度的火焰噴射時(shí)，背面依然可以用手摸。這是由于氣凝膠的熱導(dǎo)率和折射率非常低的特性所決定的，其絕緣能力比最好的玻璃纖維還要好數(shù)十倍。
氣凝膠推廣應(yīng)改變認(rèn)識(shí)降低成本
目前同濟(jì)大學(xué)正在研究氣凝膠在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用，倪星元說(shuō)：“氣凝膠在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用是我們對(duì)其在熱學(xué)方面研發(fā)的一個(gè)延伸。最早同濟(jì)大學(xué)在氣凝膠熱學(xué)方面的研究多在軍工領(lǐng)域的應(yīng)用上，后來(lái)才開(kāi)始延伸到建筑建材方面，功能也主要體現(xiàn)在隔熱、保溫上。開(kāi)始在建材領(lǐng)域的研究不夠深入，之后同濟(jì)大學(xué)和企業(yè)合作，進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研一體化的研究，對(duì)氣凝膠建材領(lǐng)域的應(yīng)用才開(kāi)始逐漸深入，研究和開(kāi)發(fā)了氣凝膠復(fù)合的保溫隔熱氈的制備、規(guī)模化生產(chǎn)與應(yīng)用?！?/p>
倪星元介紹說(shuō)，當(dāng)前我國(guó)有不少企業(yè)從事氣凝膠的研發(fā)推廣工作，但是氣凝膠在建筑建材領(lǐng)域的應(yīng)用還沒(méi)有得到廣泛推廣。主要原因是，與現(xiàn)有的保溫材料相比，氣凝膠氈的價(jià)格相對(duì)較高。所以在建筑領(lǐng)域如果沒(méi)有特殊要求，建筑的設(shè)計(jì)者與開(kāi)發(fā)商一般不會(huì)去考慮運(yùn)用氣凝膠氈作為保溫材料。
針對(duì)這一問(wèn)題，倪星元告訴記者：“這就要求幫助建筑的設(shè)計(jì)者和開(kāi)發(fā)商充分認(rèn)識(shí)氣凝膠的優(yōu)勢(shì)。與其他保溫材料相比，氣凝膠具備其他材料無(wú)法比擬的綜合優(yōu)勢(shì)?！睔饽z氈與其他傳統(tǒng)保溫材料相比，熱導(dǎo)率比較低，保溫隔熱性能要比其他材料好，并且在相同的環(huán)境條件下，保溫隔熱性能越好，越明顯降低保溫或隔熱的能耗；從建筑結(jié)構(gòu)上來(lái)看，氣凝膠氈會(huì)更為輕薄，能夠在建筑的使用面積上擴(kuò)展出很大的空間，同時(shí)由于產(chǎn)品比較輕，在施工的過(guò)程中能夠減少對(duì)建筑物承重能力的顧慮。與此同時(shí)，氣凝膠復(fù)合制品還在隔音、防火、防潮等各方面都有自己的優(yōu)異性能。綜合來(lái)講，氣凝膠復(fù)合制品的性?xún)r(jià)比要遠(yuǎn)高于其他保溫材料。倪星元指出，當(dāng)前在建筑的設(shè)計(jì)和建筑開(kāi)發(fā)方面，人們對(duì)氣凝膠復(fù)合制品的認(rèn)識(shí)還不夠，下一步在建筑建材領(lǐng)域要加強(qiáng)對(duì)其的宣傳推廣工作。
倪星元說(shuō)：“當(dāng)然，從氣凝膠的生產(chǎn)企業(yè)來(lái)講要考慮進(jìn)一步降低其生產(chǎn)成本，從降低氣凝膠生產(chǎn)的原料成本及調(diào)整復(fù)合氣凝膠的生產(chǎn)工藝上挖潛。另外如果氣凝膠產(chǎn)品生產(chǎn)形成相當(dāng)規(guī)模的話(huà)，其生產(chǎn)成本也將進(jìn)一步降低。在人們的認(rèn)識(shí)加強(qiáng)，產(chǎn)品成本降低后，氣凝膠將會(huì)比較大規(guī)模的被應(yīng)用在建筑領(lǐng)域?！?/p>
提起中國(guó)綠色建材產(chǎn)業(yè)發(fā)展聯(lián)盟氣凝膠創(chuàng)新應(yīng)用推進(jìn)中心，倪星元表示對(duì)其很是看好。他說(shuō)：“這將是一個(gè)很好的組織機(jī)構(gòu)，希望可以在氣凝膠在建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用的宣傳推廣上起到非常重要的作用，努力把科研機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)企業(yè)、應(yīng)用單位組織到一起，共同探索對(duì)現(xiàn)有的問(wèn)題的解決對(duì)策，推進(jìn)氣凝膠在建筑領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用和技術(shù)創(chuàng)新?！?/p>
