Với sự tiến bộ liên tục của khoa học vật liệu, Airgel đã dần dần mở rộng từ các lĩnh vực cao cấp như hàng không vũ trụ và công nghiệp quân sự sang các lĩnh vực dân sự hàng ngày do độ dẫn nhiệt cực thấp, trọng lượng cực kỳ ánh sáng và hiệu suất cách nhiệt và nhiệt tuyệt vời. Với việc giảm dần chi phí sản xuất và tối ưu hóa các quy trình liên tục, các vật liệu của airgel đang được sử dụng rộng rãi trong nhiều kịch bản dân sự như xây dựng cách điện, bảo vệ lạnh quần áo, cách điện thiết bị gia dụng, phòng cháy chữa cháy, v.v., cho thấy tiềm năng thị trường khổng lồ và triển vọng ứng dụng. Bài viết này sẽ tập trung vào một số tài liệu Airgel được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực dân sự và khám phá lợi thế về hiệu suất của họ và các trường hợp ứng dụng thực tế.
Nội dung
2. Kịch bản ứng dụng dân sự cốt lõi
3. Quá trình công nghiệp hóa và thách thức
Airgel là một vật liệu rắn siêu nhẹ với cấu trúc nano. Do độ xốp cực kỳ cao và cấu trúc vi mô đặc biệt, nó thể hiện nhiều tính chất độc đáo. Độ dẫn nhiệt của nó thấp như 0. 013-0. 025 W\/M · K, là một trong những chất rắn có độ dẫn nhiệt thấp nhất hiện tại và có hiệu ứng cách nhiệt tuyệt vời. Đồng thời, mật độ của Airgel cực kỳ thấp, lên đến 3kg\/m³, gần như nhẹ hơn không khí. Ngoài ra, các vật liệu airgel hiện đại cũng có tính kỵ nước và ổn định tốt, và vẫn có thể duy trì hiệu suất tuyệt vời trong các môi trường phức tạp khác nhau, khiến nó trở thành trọng tâm của sự chú ý trong lĩnh vực vật liệu chức năng.
Trong những năm gần đây, với sự tiến bộ của các mục tiêu "kép carbon" và hướng dẫn các chính sách xanh và carbon thấp, các vật liệu Airgel đã dần dần mở rộng từ các lĩnh vực hàng không vũ trụ và quân sự đến thị trường dân sự. Nhờ giảm chi phí do sản xuất quy mô lớn và tối ưu hóa các quy trình cốt lõi như làm khô siêu tới hạn, công nghệ sản xuất của Airgel đã trở nên trưởng thành hơn và ngưỡng ứng dụng đã liên tục giảm. Ngày nay, Airgel ngày càng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực dân sự như cách nhiệt xây dựng, cách nhiệt thiết bị gia dụng, quần áo chức năng, v.v., và đã trở thành một vật liệu mới quan trọng để thúc đẩy bảo tồn năng lượng và giảm phát thải và cải thiện chất lượng cuộc sống.
2. Kịch bản ứng dụng dân sự cốt lõi
1. Tiết kiệm năng lượng xây dựng
Việc áp dụng Airgel trong việc tiết kiệm năng lượng xây dựng đã hình thành, đặc biệt là về mặt cách nhiệt và tiết kiệm năng lượng kết cấu. Về mặt cách nhiệt tường và mái, vật liệu Airgel đang dần thay thế các vật liệu truyền thống như len đá và polyurethane. Độ dày không chỉ có thể giảm hơn 50% mà không thay đổi hiệu suất cách nhiệt, mà còn có thể làm giảm hiệu quả sự mất nhiệt của tòa nhà. Theo trường hợp của ngành hóa dầu, mất nhiệt có thể giảm 34,6%. Trong việc áp dụng các cửa sổ tiết kiệm năng lượng hiệu quả cao, việc sử dụng công nghệ xen kẽ thủy tinh Airgel có thể đạt được sự cân bằng tốt giữa độ truyền qua quang và hiệu suất chịu nhiệt, làm giảm đáng kể tải trọng điều hòa. Đồng thời, Airgel cũng được sử dụng trong lớp cách nhiệt của hệ thống sưởi sàn. Thông qua việc đặt các lớp mỏng, có thể đạt được hệ thống sưởi mặt đất nhanh hơn và mức tiêu thụ năng lượng tổng thể có thể giảm tới 30%, giúp cải thiện hiệu quả năng lượng của hệ thống sưởi sàn.
2. Xe năng lượng mới
Trong lĩnh vực xe năng lượng mới, vật liệu Airgel đã trở thành một giải pháp quan trọng cho sự an toàn của hệ thống điện và tối ưu hóa hiệu suất xe do sự ổn định nhiệt tuyệt vời và đặc điểm nhẹ. Khi được áp dụng để bảo vệ nhiệt pin điện, Airgel có thể chịu được nhiệt độ vượt quá 800 độ, đáp ứng tiêu chuẩn an toàn quốc gia của 5- độ trễ chạy nhiệt độ trong GB 38031-2020. Tích hợp các vật liệu tổng hợp Airgel trong cấu trúc mái và khung cửa có thể đạt được trọng lượng nhẹ đáng kể trong khi cải thiện độ bền của xe. Ngoài ra, Airgel cũng được sử dụng để cách nhiệt bên trong các cọc sạc, ngăn chặn hiệu quả sự tích lũy nhiệt độ cao gây ra sự cố thành phần và cải thiện sự an toàn và ổn định của hệ thống sạc.
3. Thiết bị ngoài trời và quần áo chức năng
Ưu điểm cách nhiệt nhẹ và hiệu quả của máy bay trong thiết bị ngoài trời làm cho nó trở thành một vật liệu chức năng lý tưởng cho môi trường khắc nghiệt. Trong các thiết bị chuyên nghiệp như bộ đồ Expedition Polar, một lớp tổng hợp Airgel dày 1cm có thể đạt được hiệu ứng cách nhiệt của vật liệu dày 5cm truyền thống, làm giảm đáng kể trọng lượng của quần áo và cải thiện sự thoải mái. Về mặt quần áo phòng chống cháy, Airgel có tính kháng nhiệt độ cao và đặc tính chống cháy, có thể cung cấp cho lính cứu hỏa bảo vệ an toàn hơn trong môi trường nhiệt độ cao, ngăn ngừa hiệu quả đốt cháy bức xạ nhiệt và chấn thương dẫn nhiệt.
4. Cần thiết nhà và hàng ngày
Airgel đang dần vào hàng ngàn hộ gia đình và trở thành một vật liệu quan trọng để tiết kiệm năng lượng hộ gia đình và cải thiện an toàn. Ví dụ, trong tủ lạnh và tủ đông, việc sử dụng các lớp cách nhiệt của airgel có thể giảm hiệu quả tổn thất lạnh, cải thiện hiệu quả cách điện và do đó cải thiện mức độ tiết kiệm năng lượng của sản phẩm. Trong các hệ thống sưởi ấm dân dụng, vật liệu Airgel cũng được sử dụng rộng rãi để cách nhiệt đường ống, không chỉ có thể ngăn chặn sự đóng băng và nứt của ống sưởi trong mùa đông, mà còn duy trì hiệu quả nhiệt tốt trong điều kiện cách nhiệt mỏng hơn.
5. Các lĩnh vực tiềm năng mới nổi
Với sự phát triển liên tục của công nghệ Airgel, tiềm năng ứng dụng của nó trong các lĩnh vực mới nổi tiếp tục mở rộng. Về mặt tản nhiệt của thiết bị điện tử, Airgel đang được sử dụng làm đĩa nền chip và vật liệu màng dẫn nhiệt để giúp điện thoại di động, máy tính xách tay và các thiết bị khác đạt được kiểm soát tản nhiệt hiệu quả hơn. Theo hướng chuyển đổi công nghệ dân cư và công nghệ không gian cao cấp, công nghệ cách nhiệt của Airgel có nguồn gốc từ viên nang không gian đã được cấy vào các tòa nhà cao cấp, cung cấp các giải pháp tiết kiệm năng lượng và kiểm soát năng lượng cho nhà ở, phản ánh xu hướng phát triển của "công nghệ vũ trụ phục vụ sinh kế của mọi người".
3. Quá trình công nghiệp hóa và thách thức
Mặc dù Airgel có những lợi thế đáng kể về hiệu suất, công nghiệp hóa của nó vẫn phải đối mặt với những thách thức về chi phí, công nghệ và tiêu chuẩn. Hiện tại, giá của airgel vẫn là 3-5 lần của vật liệu cách nhiệt truyền thống, đã trở thành một trong những trở ngại chính cho ứng dụng quy mô lớn. Tuy nhiên, với việc tối ưu hóa quy trình và sự tiến bộ của sản xuất quy mô lớn, chi phí dự kiến sẽ giảm hơn 60% trong tương lai.
Về mặt công nghệ, mặc dù quá trình sấy áp suất khí quyển dự kiến sẽ thay thế cho việc sấy siêu tới hạn chi phí cao, sự ổn định và tính nhất quán của sản phẩm vẫn cần được cải thiện. Đồng thời, bản thân Airgel tương đối dễ vỡ và sức mạnh cơ học của nó cần được cải thiện thông qua công nghệ tổng hợp để đáp ứng nhu cầu của một loạt các ứng dụng.
Ngoài ra, thiếu các tiêu chuẩn công nghiệp có hệ thống trong lĩnh vực dân sự hiện tại, đặc biệt là về mặt xây dựng cấp độ phòng cháy chữa cháy và thử nghiệm bảo vệ môi trường. Không có tiêu chuẩn thống nhất. Thiết lập một hệ thống tiêu chuẩn âm thanh sẽ là hỗ trợ chính để thúc đẩy việc triển khai rộng rãi các vật liệu Airgel.
Tóm lại, công nghiệp hóa Airgel đang trong giai đoạn tăng tốc. Chỉ bằng cách điều phối việc kiểm soát chi phí, những đột phá công nghệ và xây dựng tiêu chuẩn mới có thể thực hiện ứng dụng rộng rãi của nó trong thị trường dân sự.
Với sự tăng trưởng liên tục của nhu cầu toàn cầu đối với các vật liệu tiết kiệm năng lượng và thân thiện với môi trường, thị trường Airgel đang bước vào thời kỳ phát triển nhanh chóng. Theo dự báo, vào năm 2025, thị trường Airgel toàn cầu dự kiến sẽ vượt quá 3 tỷ USD, trong đó thị phần của Trung Quốc sẽ vượt quá 40%, trở thành lực lượng cốt lõi thúc đẩy tăng trưởng toàn cầu. Trong tương lai, Airgel dựa trên Bio sẽ trở thành một hướng kỹ thuật quan trọng. Các vật liệu Airgel mới dựa trên các tài nguyên tái tạo như cellulose và chitosan không chỉ có hiệu suất tuyệt vời, mà còn phù hợp hơn với các xu hướng bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.
Đồng thời, các chính sách thuận lợi khác nhau đã cung cấp một loại đất tốt cho ứng dụng rộng rãi của Airgel. Trợ cấp tài chính và tiêu chuẩn hiệu quả năng lượng trong lĩnh vực các tòa nhà xanh đã thúc đẩy vật liệu cách nhiệt hiệu suất cao để thay thế các sản phẩm truyền thống; Về phương tiện năng lượng mới, Airgel đã trở thành một vật liệu quan trọng để quản lý nhiệt pin điện vì nó đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn bắt buộc quốc gia. Nhìn chung, với động lực hai bánh của tiến trình công nghệ và hỗ trợ chính sách, Airgel dự kiến sẽ tăng tốc sự phổ biến của nó trong nhiều kịch bản dân sự và trở thành một đại diện quan trọng của một thế hệ vật liệu chức năng hiệu suất cao mới.
Airgel đang chuyển từ "công nghệ đen trong phòng thí nghiệm" sang sử dụng dân sự quy mô lớn, đạt được sự phát triển của bước nhảy vọt trong lĩnh vực vật liệu. Với cách nhiệt tuyệt vời, hiệu suất bảo vệ môi trường nhẹ và môi trường, Airgel đang trở thành một vật liệu mới chiến lược để hỗ trợ phát triển các ngành công nghiệp chính như các tòa nhà xanh và phương tiện năng lượng mới, và có ý nghĩa lớn đối với việc thực hiện các mục tiêu "kép carbon" và phát triển bền vững. Trong tương lai, để thúc đẩy việc thực hiện đầy đủ, vẫn cần phải hợp tác và đổi mới giữa tất cả các bên trong ngành công nghiệp, học viện và nghiên cứu, tập trung vào kiểm soát chi phí và đột phá trong tắc nghẽn kỹ thuật, tăng tốc xây dựng hệ thống tiêu chuẩn và giúp Airgel thực sự tham gia hàng ngàn hộ gia đình và phục vụ tương lai xanh.