【产业之声】 采访南京工业大学材料科学与工程学院院长崔升教授

文摘   其他   2024-12-03 17:07   湖北  
11月6-8日,南京工业大学材料科学与工程学院院长崔升教授受邀出席2024第二届硅基气凝胶生产及应用高峰论并作大会发言,期间,崔升教授接受了气凝胶产业发起的“产业之声”系列采访。

气凝胶产业


目前我国气凝胶材料在各领域的应用情况如何?未来发展潜力如何?

崔升教授


气凝胶目前是国家重点要支持和发展的新材料,在国内、国际上备受关注。目前气凝胶的市场应用重点在以下几个领域:一是工业节能保温,尤其是城市热力管道保温等等,气凝胶材料在这个领域现在用量相对较大一些;二是新能源汽车锂电池的分隔片,锂电池PACK中电芯间加一片气凝胶可防锂电失火爆炸;三是国防军工,气凝胶在这个领域应用最早、需求最旺盛,各类海陆空装备都在大量应用气凝胶。
气凝胶未来潜在的应用领域包括:建筑保温,该领域市场容量相对来说是最大的,但要解决气凝胶材料的综合性价比的问题,需进一步降低气凝胶的应用成本,和常规的建筑保温材料配合使用可能是未来的一个趋势;另一方面就是吸附领域,这也是未来相对比较有优势的一个方向,各种有机废弃物、重金属离子以及一些气体的处理,都需要气凝胶材料;还有催化领域,我们不仅要把这些物质吸附住,还要把它催化降解掉,将其转化成我们可以用的一些材料;第四个方面就是传感探测,我国现在对很多新兴的领域点提出了更高要求,气凝胶可以在这个领域大展身手,它的检测浓度极限可以达到很低很低,可达到10-10的水平,这得益于它的纳米多孔骨架结构。
总结下来,气凝胶材料现在在三个领域重点有应用,未来在四到五个领域我们可以去重点突破,所以它的市场前景非常广阔。希望通过“气凝胶产业”这样的平台,能够去吸引更多的企业、高校和科研院所,大家一起协同起来引领整个行业发展,把气凝胶这个产业做大做强,实现我们和国际上并跑和领跑的地位!


气凝胶产业


在耐高温硅基气凝胶的研究中您遇到了哪些技术难题?您和团队是如何攻克的?

崔升教授


我们大家熟知的二氧化硅气凝胶,它主要是二氧化硅纳米颗粒所形成的三维网络结构,它存在的最大问题就是长期在600℃条件下结构就会发生坍塌,也就是会发生烧结,最终失效,就不能使用了,另外其短时的使用温度最高也只能到1000℃左右。我们需要想办法来解决这个问题,我们团队一直在致力于研究耐更高温度的硅基气凝胶,国防工业以及很多的民用领域对耐高温的气凝胶都是有需求的。

气凝胶的一个优势就是可以进行多样化的设计,所以我们就想办法把很多不同种类的粒子复合到原来单一成分的二氧化硅中,做成硅基的二元、三元、四元,包括一些硅酸盐结构的气凝胶,通过这样的一些结构叠加,把耐更高温度的基元复配进来,我们就可以有效提升气凝胶的耐温性。这其中面临的最大问题就是结构的稳定性,这不仅仅是把功能基元引进来,引进来之后功能基元如何能够在气凝胶里稳定存在,以及如何让其还能保持纳米孔结构,使耐高温性能和低热导率两个性能能够完美地结合,这个难度还是很大的。在研究过程中,我们不仅从制备工艺上进行了系统优化,也在溶胶-凝胶制备网络骨架结构的时候进行了系统调整,通过这些方法,我们部分地实现了纯的氧化物气凝胶耐温可达1400℃,炭化物气凝胶等通过复配耐温可达1600℃,甚至更高。

追求是永无止境的,国防军工尤其是很多装备对气凝胶的要求更高,所以我们未来还要再进一步地去探索和推进,我们的团队也会联合国内的相关单位,尤其是一些国防军工单位,有针对性地去进行重点攻关、攻克。我相信未来我们能够在耐高温领域取得更多更大的一些突破,来更好地为国民经济的发展和国防军工的建设服务,为装备的高质量运行和使用贡献我们气凝胶人的智慧和力量!


气凝胶产业


南京工业大学材料科学与工程学院在气凝胶材料研究方面有哪些独特的优势和资源?

崔升教授


我们南京工业大学在气凝胶领域的研究起步相对较早。在国外,1931年美国的Kistler教授就已经发明了气凝胶,但气凝胶在真正应用过程中还面临许多挑战;国内研究气凝胶比较早的就是同济大学、国防科大和我们(南工大)三家单位,所以第一我们具有先发优势。

第二是在气凝胶的整个研制过程中,我们投入了大量的人力。我们团队现在在全国应该是最大的了,我们有十多位老师,加上接近100人的研究生团队。多年来,我们培养了一大批研究气凝胶的毕业生,他们服务于各大气凝胶企业,为企业的发展做支撑。

第三是我们注重于平台的搭建工作。从2012、2013年我们就和中航复材合作,搭建了气凝胶联合实验室,主要针对耐1650℃以上的航天飞机以及空天飞机的外表面所用的防护系统进行重点的攻关;在此基础上,我们又在中国绝热节能材料协会下搭建了气凝胶材料分会,利用分会的平台,我们致力于促进产业和学术界的有益沟通,通过这样的平台,我们直接向工信、相关部委提出一些需求,希望他们对气凝胶行业进行支持,同时我们也推荐行业里的人大代表,让他们在全国人代会上进行一些气凝胶相关的提案,通过这些努力,终于在2021年,中共中央“双碳”文件将气凝胶材料写进去了,之后,尤其在近几年,气凝胶行业快速发展,我们在其中做了有益的支撑;我们还在建材联合会下搭建了气凝胶平台,想进一步推进气凝胶在建筑领域的应用,我们也和多家企业建立了紧密的联系,再有针对性地开发一些建材产品,开拓建材中气凝胶应用的点;同时我们也有幸成为国家发改委批准的气凝胶军民融合平台,将我们前期在军工领域的成果、资源与民用方向的工作进行有效叠加,推进气凝胶的产业化,将我们最初在军工领域研发的成本较高的产品的成本降下来,提升气凝胶的综合性价比,真正地实现气凝胶的跨越和发展。

第四,我们也注重通过一些会议等资源提升我们的品牌。从2015年开始,南工大发起举办了第一届气凝胶国际学术会议,之后从2017年到2019年我们连续举办了三届,到2019年之后因为疫情会议间断了几年,在去年(2023年)我们又把它恢复起来,召开了第四届气凝胶国际会议;同时我们和北京国化的气凝胶产业合作,去年举办了2023气凝胶高峰论坛,今天(2024年11月6-8日)又召开了第二届,我们想通过这些资源的整合,把整个气凝胶行业推进起来。

最终,一种好材料、一种好东西必须要能够很好地应用于人们的生活中,气凝胶作为改变世界的神奇材料,也必须要在人民生活以及国民经济等方面真正展现出它的神奇之处,通过这些平台和资源,让更多的人参与进来,来思考、来推进气凝胶这样一个紧要产业的发展,那样才能真正地造福于民!谢谢!

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