气凝胶助力太赫兹技术应用 气凝胶行业未来发展趋势及前景预测

• 黄文玉 2023年12月28日 来源：互联网 科技日报 279 10
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气凝胶是指通过溶胶凝胶法，用一定的干燥方式使气体取代凝胶中的液相而形成的一种纳米级多孔固态材料。如明胶、阿拉伯胶、硅胶、毛发、指甲等。

近日，瑞典林雪平大学科学家在最新一期《先进科学》杂志上发表研究，展示了一种由纤维素和导电聚合物制成的新型气凝胶。这种气凝胶可对通过其中的高频太赫兹光进行调节，为医学成像、通信等领域带来新的应用可能性。研究结果表明，该气凝胶可通过简单的氧化还原反应来调节太赫兹光的吸收。这一特性使得气凝胶可作为太赫兹光的可调滤波器，根据需求开启或关闭太赫兹信号的吸收。这对于接收来自太空的长程信号或雷达信号具有重要意义。

气凝胶是指通过溶胶凝胶法，用一定的干燥方式使气体取代凝胶中的液相而形成的一种纳米级多孔固态材料。如明胶、阿拉伯胶、硅胶、毛发、指甲等。气凝胶也具凝胶的性质，即具膨胀作用、触变作用、离浆作用。气凝胶是世界上密度最小的固体，2022年度化学领域十大新兴技术之一。气凝胶是一种固体物质形态，世界上密度最小的固体。密度为3千克每立方米。一般常见的气凝胶为硅气凝胶，其最早由美国科学工作者Kistler在1931年因与其友打赌制得。气凝胶的种类很多，有硅系，碳系，硫系，金属氧化物系，金属系等等。

气凝胶的制备通常由溶胶凝胶过程和超临界干燥处理构成。在溶胶凝胶过程中，通过控制溶液的水解和缩聚反应条件，在溶体内形成不同结构的纳米团簇，团簇之间的相互粘连形成凝胶体，而在凝胶体的固态骨架周围则充满化学反应后剩余的液态试剂。为了防止凝胶干燥过程中微孔洞内的表面张力导致材料结构的破坏，采用超临界干燥工艺处理，把凝胶置于压力容器中加温升压，使凝胶内的液体发生相变成超临界态的流体，气液界面消失，表面张力不复存在，此时将这种超临界流体从压力容器中释放，即可得到多孔、无序、具有纳米量级连续网络结构的低密度气凝胶材料。

气凝胶可以按主要成分分为硅系、碳系、硫系、金属氧化物系和金属系等，也可以分为单组分气凝胶(如二氧化硅气凝胶、氧化铝气凝胶等)和多组分气凝胶(二氧化硅/氧化肽气凝胶、有机/无机复合气凝胶等)。这些不同类型的气凝胶具有各自特点，在不同领域有着广泛的应用。气凝胶还可分为无机气凝胶，如硅气凝胶(强隔热性能等)，有机气凝胶，如以间苯二酚和甲醛为原料制备的RF气凝胶，还有综合了无机气凝胶以及有机气凝胶优点的无机一有机复合气凝胶。

气凝胶产业发展现状及市场供需格局分析

气凝胶独特性能受到了众多行业青睐，但整体高昂的原料成本和制造费用而使用受限。数据显示，目前材料成本约占总成本的48%，制造成本约占44%。具体来看，气凝胶的生产成本主要集中在硅源(原料)、设备折旧(干燥)及能耗(干燥)方面。硅源可分为有机硅源和无机硅源。其中，有机硅源包括正硅酸甲酯(TMOS)、正硅酸乙酯(TEOS)等功能性硅烷;无机硅源包括四氯化硅、硅酸钠等。

多家行业龙头企业开始入局气凝胶行业，目前新进的企业的背景包括工程装备龙头企业中国化学、硅烷龙头企业晨光新材、含硫硅烷龙头企业宏柏新材、ePTFE膜龙头企业泛亚微透等。目前国内气凝胶企业分为材料和加工两类型，除了纳诺科技和爱彼爱和既可以生产又可以加工气凝胶制品外，埃力生等企业则只提供气凝胶材料给加工厂，通过加工企业进一步加工成制品。

数据显示，我国气凝胶下游应用中占比最多的为油气项目，约占56%;其次是工业隔热占18%、建筑制造占9%、交通运输(锂电)占8%。油气和工业隔热仍将是气凝胶应用的主战场，建筑建造、交通运输和新兴领域将成为未来增长较快的领域。气凝胶下游需求持续增长，渗透率将有显著提升。数据显示，2020年我国气凝胶需求约在15.8亿元左右，随着下游需求继续渗透，我国气凝胶将保持高速增长。

随着气凝胶作为保温材料在新能源汽车电池中逐步使用，整体气凝胶市场规模快速增长，数据显示，2022年我国气凝胶材料和气凝胶制品市场规模分别达27.3亿元和30.4亿元，细分区域市场来看，气凝胶材料及制品消费主要集中在华东地区。

根据中研普华产业研究院发布的《2024-2029年气凝胶产业现状及未来发展趋势分析报告》显示：

气凝胶逐步被下游市场接受以及其下游应用市场持续扩大，将推动气凝胶行业进一步扩大，据统计，截至2020年我国气凝胶制品产量为12.6万吨，同比增长28.05%，2020年我国气凝胶材料产量10万吨，同比增长27.88%。数据显示，2022年我国气凝胶材料产量和需求量分别达21.57万立方和21.85万立方，气凝胶制品产量和需求量分别为24.13万吨和26.67万吨。

在分形结构研究方面。硅气凝胶作为一种结构可控的纳米多孔材料，其表现密度明显依赖于标度尺寸，在一定尺度范围内，其密度往往具有标度不变性，即密度随尺度的增加而下降，而且具有自相似结构，在气凝胶分形结构动力学研究方面的结构还表明，在不同尺度范围内，有三个色散关系明显不同的激发区域，分别对应于声子、分形子和粒子模的激发。改变气凝胶的制备条件，可使其关联长度在两个量级的范围内变化。因此硅气凝胶已成为研究分形结构及其动力学行为的最佳材料。

目前随着二氧化硅气凝胶企业对于气凝胶制备工艺的不断改进，二氧化硅气凝胶的生产成本有所降低，在大规模工业化生产的情况下，企业成本得到了进一步的控制，整体气凝胶价格有所下降，数据显示，2022年我国气凝胶材料均价和气凝胶制品均价约1.25万元/立方和1.14万元/吨。

气凝胶行业未来发展趋势及前景预测

气凝胶的应用气凝胶在热学、电学、光学、声学、吸附催化等方面均表现出优异的性能，这使其在航空航天、建筑节能、化工工业、电子电工、生物医药等领域有着广阔的应用前景。

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