一、纳米保温材料的超级绝热性能

   纳米保温材料是迄今为止全球最好的保温材料，目前主要分为气凝胶绝热毡和纳米微孔绝热板，市场上以气凝胶绝热毡占主流地位。

   气凝胶，是一种具有纳米多孔结构的新型材料，因轻若薄雾蓝色泛蓝，又被称为“蓝烟”、“冻结的烟”，创下15项吉尼斯纪录，在热学、光学、电学、力学、声学等领域显示许多奇特的性能，被称为改变世界的神奇材料，列入20世纪90年代以来10大热门科学技术之一，是具有巨大应用价值的军民两用技术。

块状透明气凝胶

   纳米微孔绝热材料其实是一种类气凝胶产品，或者说是气凝胶的一种特殊存在方式，与气凝胶材料主要区别是：气凝胶采用的溶胶－凝胶技术获得整体连续的纳米孔结构，形象说来就像是一个孔洞尺寸极小的蜂窝，纳米微孔绝热材料制备过程一般是通过分散混合工艺把不同组分的纳米颗粒与增强纤维均匀分散，加入一定量粘结剂，再经压制成型，通过纳米颗粒堆积形成纳米孔洞结构。

纳米微孔绝热板

   两种纳米保温材料的绝热原理是一样的，主要都是基于纳米孔的特性。

   热量有三种基本传递方式：传导、对流和辐射。对于保温材料而言，热传导主要由保温材料中的固体部分来完成；热对流则主要由保温材料中的气体来完成；热辐射的传递不需要任何介质。当热量穿过纳米孔材料时候，会发生如下效应从而几乎被完美阻隔：

热量传递的三种基本方式

   “无穷长路径”效应：由于近于无穷多纳米孔的存在，热流在固体中传递时就只能沿着气孔壁传递，近于无穷多的气孔壁构成了近于“无穷长路径”效应，使得固体热传导的能力下降到接近最低极限。“零对流”效应：当气凝胶材料中的气孔直径小于70nm时，气孔内的空气分子就失去了自由流动的能力，相对地附着在气孔壁上，这时材料处于近似真空状态，即产生“零对流”效应。“无穷多遮热板”的效应：由于材料内的气孔均为纳米级气孔再加材料本身极低的体积密度，使材料内部气孔壁数日趋于“无穷多”，对于每一个气孔壁来说都具有遮热板的作用，因而产生近于“无穷多遮热板”的效应，从而使辐射传热下降到近乎最低极限。不过在400℃以上高温下使用时，仍然需要加入遮光剂来增强气凝胶对高温红外线的辐射的抵抗。

气凝胶与传统绝热材料导热系数对比

   1992年，美国召开的国际材料工程大会上提出了超级绝热材料的概念，指在预定的使用条件下，其导热系数低于"无对流空气"导热系数的绝热材料。具有纳米孔结构的气凝胶就是典型超级绝热材料。

气凝胶材料与传统保温材料性能对比（200~600℃）

一般而言，使用气凝胶材料带来的突出效益

（1）隔热性能是传统保温材料是3-5倍，节能效果提升50%以上；

（2）极强的抗老化能力，使用寿命是常规材料的8~10倍；

（3）气凝胶使用厚度是普通材料1/2~1/5，节省空间；

（4）更为简便的施工过程，并大量节省辅助材料；

（5）更少的维护成本，更为可靠的绝热效果；

（6）防火，宽温度适用范围，耐温差冲击；

（7）防水、抗渗、抗裂、抗震；

   气凝胶当前以毡为主，纳米微孔以板和异形件为主，在应用温度上，气凝胶一般应用于650℃以下，纳米微孔绝热材料一般应用在700℃以上，1200℃以下的范围。两者在使用温度和产品形态上有互补性。

   作为迄今为止绝热性能最好的材料，纳米保温材料在航空航天、石油化工、电力冶金、船舶车辆、精密仪器、冰箱冷库、建筑节能、服装帐篷等领域的有广阔的应用前景，是传统保温材料革命性替代产品。

二、近几年国内纳米保温材料产业化发展情况

   1931年美国人Kistler.S.发明了气凝胶，之后就不断有人进行商业化的尝试但都没有成功，2001年与美国宇航局有密切关系的ASPEN公司的成立掀开了真正商业意义的气凝胶产业化浪潮。

   2004中国首家气凝胶商业化公司成立，2010年开始批量销售，国内气凝胶产业化开始了艰难的探索，2014年国内从事气凝胶企业增加到10余家，国内掀起一波气凝胶产业化的浪潮。

   2016年美国ASPEN公司对国内两家领头气凝胶企业发起了专利诉讼，国内气凝胶材料产业化脚步放缓。

   2019年山西某大型煤化工企业决心向新材料方向转型，重金投资气凝胶产业，国内掀起新一轮气凝胶材料的投资浪潮。到2021年国内多家气凝胶企业的产能建设规划都超过了5万立方米，部分企业更是规划了20~40万立方米的远大产能目标。至此，国内气凝胶材料的产销量也远远超过国外同行，国内的气凝胶的产业化终于经过约15年的努力走在全世界的最前面。

   2014年及以前的国内气凝胶产业化，其技术来源几乎都是高校或研究所，由于高校院所与企业都缺乏气凝胶的产业化经验，总体而言产业化的速度不是很快，但是在技术改进、市场培育、人才培养等方面做了很多工作，为后面新一轮产业化浪潮打下了坚实的基础。

   2019年以来的国内气凝胶产业化有几个明显特点，一是产值千亿以上的大型企业集团开始积极介入，这些大型企业不仅资金雄厚，人才储备丰富，还有非常强的资源整合能力；二是产业链的上下游企业的积极介入，包括原材料、设备、工程建设和下游终端客户等；三是本轮产业化技术源头多半是已经有产业化基础的气凝胶企业，技术更加扎实，在资金加持下，扩展步伐明显加快；四是政府支持力度显著加大，不仅土地、税收、人才等方面给予优惠政策，态度上也由原来管控多一些变为现在的服务多一些。这些因素将促进本轮气凝胶产业化浪潮达到一个新高度。

   国内气凝胶产业除了规模方面正在迅速提升以外，市场应用也正在迅速地铺开。初期主要集中在高铁、油田注气管线、热电联产等领域，近年来，除了石化、电力等领域外，一些新兴市场不断开辟出来，新能源汽车动力电池防火保温成为一个重要的增长极，烤箱等家电行业用量不断增大，建筑节能内外墙保温开始有一些示范案例，气凝胶防寒服装也开始推向市场。

   尤其是近年推广的建筑节能和服装行业，这两个行业自身都是千亿级的市场，尽管目前才是刚刚起步，还有很多工作要做，一旦获得突破，对整个气凝胶材料行业的发展意义重大。

   纳米微孔绝热板近年来也取得长足的发展，企业数量约有10余家，产品目前主要集中在钢铁、水泥、陶瓷等高温应用场景。

三、“双碳”目标下纳米保温材料发展迎来重大机遇

   对于保温材料行业来说，“碳达峰”、“碳中和”既是挑战更是机遇。在国家大力提倡节能的背景下，保温材料市场容量将大幅增加，尤其是性能优异纳米保温材料将迎来巨大的发展机遇。

   传统的保温材料硅酸铝纤维、玻璃纤维、岩棉、微孔硅酸钙、泡沫玻璃、泡沫陶瓷等虽然具有一定保温性能，也能一定程度上满足原先化工、电力、钢铁等行业的节能要求，但是在“双碳”目标下，自身也面临两方面的挑战：1）保温材料生产过程中的能耗需要进一步降低；2）保温材料的保温性能需要进一步提升，以提升所服务的工程的节能降耗水平。

   如前所述纳米保温材料性能优异，正是传统保温材料的革命性升级替代产品。气凝胶纳米材料在国家发展改革委发布《国家重点节能低碳技术推广目录》（2014~2017年）中多次被列入。

   不论是煤电、石化等传统能源和钢铁、建材、化工等传统用能大户的节能降耗，还是核电、太阳能光热发电、新能源汽车动力电池、储能电站等新型能源结构，还是高铁船舶等交通运输工具，还是备受关注的超低能耗建筑，纳米保温材料都有巨大的用武之地。

   纳米保温不仅在需求端有巨大是市场机会，还横跨新材料和节能环保两大战略新兴产业，自身发展过程中也能享受很多国家产业升级、绿色低碳技术相关政策支持，这些在“双碳”目标下，将转化为纳米保温材料发展的重大机遇。

四、低成本高效率大批量是纳米保温材料发展的必然路径

   纳米保温材料行业经过多年的产业化发展，技术日趋成熟，规模不断扩大，成本不断降低，产品品类更加丰富，但是不必讳言，纳米保温材料当前价格仍然过高，性价比优势还不够大，严重制约了纳米保温材料快速推广和应用。可以说纳米保温材料目前的发展水平要抓住这一发展的重大机遇仍然是远远不够的，低成本高效率大批量是纳米保温材料发展的必然路径。