为何气凝胶逐渐替代传统保温系统？
近年来，建筑外墙保温系统频繁出现开裂、空鼓、脱落及火灾等问题，引发了社会各界的广泛关注。在此背景下，气凝胶作为一种新型高效节能隔热材料，正逐渐成为替代传统外墙保温系统的优选材料。
水凝胶中的温度驱动传质现象
想象一种材料，遇热会膨胀、收缩，甚至“挤出”内部水分；当温度下降时，又会迅速吸水恢复。它看似安静地躺在你手上，却对外界环境变化极其敏感。这就是温敏型水凝胶（thermo-responsive hydrogel）。 这种“能感温、会动弹”的湿材料，在药物释放、仿生驱动器、环境控制、组织工程中发挥着越来越重要的作用。它的核心机制，正是温度驱动的传质调控。 一、水凝胶的“热情”来自哪儿？ 大多数温敏性水凝胶是基于聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAm）类高分子。这类聚合物具有一个特别的温度点： 凝胶吸水膨胀，呈现“柔软湿润”状态。 当温度高于 LCST时： 这个可逆相变过程，就是水凝胶中温度驱动的水分传质过程的核心。 二、水是怎么“被赶出去”的？ 水凝胶中水的迁移，并不是瞬间发生的，它包含两个阶段： 这个过程不仅是简单的扩散，更受到凝胶本身力学性质、网络密度、水合能量的影响。 三、几种典型的温度驱动传质场景 1. 可控药物释放 在某一温度下，水凝胶网络收缩，把药物“推出”网络之外，实现控温释放。 如：发烧时释放退烧药，正常体温下无释放； 应用于癌症肿瘤部位的局部高温触发化疗释放。 2. 生物信号响应 模拟人体局部发热的温度波动，调控水凝胶中载体分子、离子或酶的扩散行为。 用于智能可穿戴设备中对发热/炎症响应； 制造热敏感组织支架材料。 3. 环境调湿膜/驱动器件 水凝胶在温度升高时排水 → 收缩变形；降温时吸水 → 膨胀复原。这个体积变化可用于： 光热驱动仿生肌肉； 水汽调节阀门； 自动化毛细供水系统。 四、传质过程的影响因素有哪些？ 五、温度驱动传质+热导耦合：真正的“热质智能材料” 在水凝胶系统中，温度不仅驱动水分迁移，还改变热导率本身。例如： 这种热-质互调效应使水凝胶成为开发下一代热开关、智能隔热材料、温控传输系统的关键基础。
耐高温涂料
涂料是指通过特殊工艺能对目标物体起到特殊作用(如热防护、抗腐蚀、美化装饰)的固体或液体材料的总称。其中耐高温涂料是指能够在200℃以上对目标物体起到长时间热防护作用，表面无裂纹、起泡和剥离等现象的一类涂层。耐高温涂层按涂层组成分类分为有机耐高温涂层、无机耐高温涂层、有机-无机复合耐高温涂层。 无机耐高温涂料 1、硅酸乙酯涂料 硅酸乙酯涂料主要由无机硅酸盐、有机硅等成分构成。硅酸乙酯涂料具有良好的耐腐蚀、耐酸碱和耐热性能，同时具有较好的附着力和耐候性能。硅酸乙酯涂料的分解温度为200℃-400℃，在一定条件下，分解温度最高可达500℃。以硅酸乙酯和 Si共水解制得的材料为基体，添加一定量的固体树脂和铝粉，制备得到的涂层可在 600℃下长时间服役。硅酸乙酯涂料适用在各种建筑物、船舶、桥梁的表面涂装。 2、硅溶胶涂料 硅溶胶是以 Si-0 化合物为主的无机耐高温涂料，凭借较高的 Si-0 键能，硅溶胶具有优异的热稳定性，但其粘附力较差。通常硅溶胶通过改性以提高粘附力，何岩团队以甲基三甲氧基硅烷和二苯基二甲氧基硅烷改性碱性硅溶胶，通过水解-缩聚反应制得了一种耐热温度达 500℃的有机硅改性硅胶。 3、硅酸盐涂料 以水溶性硅酸盐为基料，辅以特殊功能颜填料为硅酸盐涂料。由在无机成分优异的热稳定性能和抗腐蚀性能，性价比高结合性能好而应用广泛。丛鸿达团队用硅酸钾为基料，加以AlH2P3O10、Al2O3、SiC、KAl2(AlSi3O10)(OH)2、YSZ(Y2O3稳定的 ZrO2)、NiCrAlY 制备了一种用在 CB2钢的耐高温防腐蚀涂层，经650°C的水蒸气氧化1000h，基体几乎没有变化。 4、磷酸盐涂料 20世纪 50年代前苏联在耐高温透波材料的研究中，首次使用了磷酸盐耐高温材料。20世纪 90年代，磷酸盐基复合材料可耐1200℃的高温。现在磷酸盐耐高温涂料凭借出色的耐高温性能和毒性低的优点广泛应用在石油化工企业火力发电站，为设施提供高温腐蚀防护。 有机耐高温涂料 1、杂环聚合物涂料 杂环类耐高温涂料在国内外已应用多年，主要用在高温绝缘方面，价格昂贵，贮存性差，对颜料要求严格；有机氟涂料虽然高温防腐性能优越，但不易溶解在溶剂中，即使溶解，其固体含量低，成膜薄，施工不方便，而且有机涂料机械性能不太理想。有机钛涂料发展较晚，制备复杂，应用范围还不广泛。有机硅聚合物自20世纪40年代初实现工业化以后，有机硅耐高温涂料开始发展，目前已发展成为最常用的有机类高温防腐涂料。 杂环聚合物涂料一般为聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚醚砜类涂料。聚酰亚胺树脂是一种耐热性能良好、机械强度较高的有机材料。NASA Lewis研究中心利用芳香三胺引入支链改性聚酰亚胺来提高其交联密度，使得改性后的聚酰亚胺的Tg 达到400℃，有效地提高了聚酰亚胺树脂的耐热性。聚苯硫醚是一种含硫的芳香族聚合物，其Tg为88℃，热处理后进一步结晶Tg上升至93℃。聚硫醚低在 400°C稳定性较好，在1000℃下的残留率可达 40%。研究者通过十六烷基三甲基澳化铵下利用静电自组装制备SiC/有机蒙脱石改性聚苯硫醚，其氧化诱导温度较纯聚苯硫醚提高了40.9℃。聚醚Tg为200~220℃，相较在其它有机材料其具有较小的线膨胀系数，且线膨胀系数温度依赖性也小。 2、有机钛涂料 钛金属耐腐蚀性能优良、比强度高、比重轻。但钛金属价格昂贵，有机钛涂料是以钛金属聚合物为填料，混合树脂为基料的一种涂料。其既有钛金属的耐腐蚀性能好的优点，又达到了降低成本的目的。 3、有机氟涂料 因为C-F键的键能为486kJmol远高在C-C键347kJ/mol和 C-H键 413kJ/mol，且氟原子的电负性较大，邻近的原子之间彼此排斥，使得氟原子在锯齿状的C-C主链呈螺旋状排列，对C-C主链形成高度立体的屏蔽作用，进一步提高了氖树脂的稳定性。所以有机氮涂料具有优异的耐腐蚀性能和高温稳定性。 4、有机硅涂料 有机硅树脂中的 Si-0键具有 443 kJ/mol的键能，这比传统的有机树脂的C-C键能要高。这种键中Si和O原子的电负性差异使该键具有更大的极性，从而对羟基官能团提供了更好的氧化保护。此外附着在Si原子上的羟基在受热时经氧化而生成 Si-0-Si键，这种键具有更高的交联稳定性，从而最大限度地减少主键的降解。此外，有机硅树脂的表面形成了富含 Si-O-Si链的保护层减轻了对树脂内部结构的影响。所以这些因素使有机硅树脂具有卓越的耐热性和耐候性性能。
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气凝胶助力工业领域绝热节能
因原料经济易得、产品安全稳定、绝热性能优异，可以完美解决传统工业用无机纤维绝热材料等问题，二氧化硅气凝胶被业内评为“改变世界的神奇材料”。 气凝胶具有极高的孔隙率、极低的密度、极低的声传播速度、极低的介电常数、极高的比表面积等优异性能，被期许为“改变世界的神奇材料”，在热学、光学、声学、微电子、催化、航空航天、节能建筑等领域具有十分广阔的应用前景。 2021年9月22日，《中共中央 国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》中提出，要加强绿色低碳重大科技攻关和推广应用，其中重点提出要推动气凝胶等新型材料研发应用。10月26日，国务院发布的《2030年前碳达峰行动方案》中提出，工业领域的碳达峰行动要推动建材行业碳达峰，其中特别提出要加强新型胶凝材料的产品研发应用。 “连续两个重磅文件，将对建材行业的发展产生深刻影响。”中国绝热节能材料协会气凝胶分会副秘书长毕鉴挺说，“优质高效的工业领域绝热，气凝胶纳米材料的应用前景广阔。” 气凝胶材料是通过溶胶—凝胶法制备的一种新型材料，因制备使用原料溶胶微观单体的直径为5纳米左右，通过凝胶和干燥后制备的产品的平均孔径在50纳米至60纳米之间，所以气凝胶被公认为一种纳米材料。二氧化硅气凝胶因原料经济易得、产品安全稳定、绝热性能优异，可以完美解决传统工业用无机纤维绝热材料“吸水下垂寿命短、频繁维护费用高、保温层下腐蚀重、保温厚重能耗高”等问题，在高质量发展和“双碳”目标大力倡导节能的当下，气凝胶绝热节能一定能发挥巨大的作用。 实施绝热节能，仅了解行业的整体能耗还不够，还要明确能耗损失的具体部位和数量，特别需要区分开哪些是“能”、哪些是“耗”。 中国绝热节能材料协会常务副会长兼秘书长韩继先提到，“能”是生产运行中起关键作用的那部分能量，不对生产工艺机理做大的改变就很难降低；“耗”是消费能量过程中没有起作用而损失掉的部分，是必须想办法降低的。 在对众多工业高温行业调研的结果是，高温管道和设备的散热损耗大得惊人。首先，高温管道的体量绝对够大，冶金、化工、热电行业热源到用热部位的输热管道距离一般都不少于3公里。其次，高温管道散热损失率也很高，设计经验都按每100米散热损失3%考虑加量补偿；每公里热损耗占热源厂输出总量的26%。生产过程中的所有能源消耗（热能和电能）都与热能的管道输送相关，这个过程的热耗要格外重视。 气凝胶材料应用于150℃以上高温管道和设备的绝热节能是最合适的。毕鉴挺介绍说，单位长度的管道达到同样的热阻抗值（保温效果），气凝胶的厚度仅为传统材料的1/3至1/4,减少管道的散热面积就有35%以上，加上保温层蓄热等其他的因素，气凝胶替换传统绝热材料能减少40%至50%的管道散热损失。 以最常见的蒸汽输送工况为例，管径φ325的管道以1.6MPa的压力输送300℃的蒸汽，使用硅酸铝纤维毡需要150mm厚度，而使用气凝胶绝热毡仅需要40mm，轻松减少35%以上的管道散热面积；温度和管径更大气凝胶“瘦身”节能的效果更明显，在某两台100万千瓦大型燃煤发电厂的管径φ720再热蒸汽管道内输送630℃的超临界蒸汽，管道保温原来使用600mm硅酸铝纤维毡，而使用气凝胶绝热毡仅需要130mm，减少50%的管道散热面积。 保守预估，在钢铁冶金、化工能源、发电供热、高温建材等高温行业的高温工段的输热管道全面使用气凝胶绝热节能材料，可降低至少6%至7%的工业能耗，约占整个国民能耗总量的3%至4%。 而在建筑领域，从目前看使用气凝胶材料的必要性还不是很大。随着建筑的节能要求越来越高，墙体保温层厚度用传统材料要150mm至200mm厚，传统材料的设计厚度和重量出现没法安装、很难实现的情况，也会迫使建设方选择新型的气凝胶材料。同时，当土地的价格达到足够高，超厚的建筑保温层影响了建筑的容积率、得房率，影响了开放商和业主住户的直接经济利益时，也许才会考虑气凝胶的综合效益，气凝胶在建筑墙体保温的大量使用才有可能性。
气凝胶涂料产品的优势及应用
气凝胶涂料作为一种创新性的材料，具备许多独特的优势，因此在各个领域都有广泛的应用。其出色的性能使其成为许多行业中的理想选择。以下是气凝胶涂料产品的优势及应用领域的介绍： 由于其优异的耐老化性、尺寸稳定性、疏水性、隔热性能及易于施工的优势，气凝胶涂料在投入使用一定的时间后，综合优势逐渐拉大。这些优势为气凝胶涂料赋予了在各个领域应用的稳固基础。 气凝胶涂料产品凭借气凝胶本身所具备的性能，在隔音、隔热、保冷、防火等领域都展现出优异的使用效果。在建筑、家居、工业、消费品、家电等领域，气凝胶涂料都具备良好的应用前景。它在建筑领域可以应用于墙体、屋顶和地板的绝热隔热，提高建筑物的能源效率；在家电领域可以用于保温隔热，提升产品性能；在工业设备中可用于隔热、耐腐蚀涂层等，延长设备寿命。综合而言，气凝胶涂料在多个领域的多种应用展现出了其多面的潜力。 建筑节能材料对比 相比传统保温材料，气凝胶涂料具有使用温度范围更广、隔热更优、厚度更薄（传统材料的 1/3~1/5）、更抗腐蚀、憎水率高、使用寿命长达15年（传统材料3-5年，大修时修修补补）等优点，是“双碳”目标下建筑节能、工业管道罐体节能等实现节能降碳的优选材料。 建筑外墙气隔热保温材料对比 现有的外墙保温材料，根据目前的国家标准来说。会出现“性能够的不防火，防火的性能不够”的问题。如果需要添加厚度满足要求，又会面临脱落等其他的风险问题。 名称 优点 缺点 备注 气凝胶涂料 夏热地区综合性价比高、易施工、保温性能好 冬冷地区性价比有所降低 目前是比较好的外墙保温材料。 聚苯板 材料价格低 承重力、防火性能差，施工繁琐，材料易脱。 薄抹灰结构，上海等地区已限制使用。 发泡聚氨酯 施工方便 防火性能差，表面耐候性差，表面不平整 主要用于别墅，由于防火等级差。高层无法适用。 岩棉板 材料价格低、防火等级高 易脱落、防水性差、吸水之后导致保温性能降低。施工过程对工人健康影响极大 健康问题导致国家限制多，上海地区已经取缔 泡沫混凝土 材料价格低、防火等级高 保温性能差、易吸水、易脱落 保温性能太差，导致设计厚度过后 既有建筑外墙改造 中国仍以新建房为主；但随着中国城镇化率逐步接近发达国家水平、房屋年龄增加，过去积累的非常庞大的存量房屋进入翻新周期、旧改释放，中国建筑涂料的重涂需求占比会逐步提升，需求将更加稳定。 气凝胶涂料系统用于旧房改造优势 传统外墙处理方式 整体铲除恢复 l 铲除过程大量垃圾，灰尘问题;l 新保温材料的选择; 局部铲除恢复 l 铲除造成周边扰动，进一步扩大空鼓面积;l 界面处理问题，会有重复脱落的风险; 气凝胶涂料系统处理方式 原有墙体加固 l 涂料饰面点（补强）加固法l 瓷砖饰面点面（补强）加固法 “涂保防”一体化施工 ...
化学键的原子物理学本质是什么？｜从量子力学揭示分子结构的奥秘！
在化学的世界里，化学键就像是构建大厦的基石，紧紧连接著原子，决定了物质的化学性质与物理特性。想像一下，一个微小的水分子如何通过氢键与另一个水分子相互吸引，形成一滴水的奇妙结构；又或者，复杂的蛋白质分子如何通过多种化学键保持其独特的三维结构！这些微观层面的相互作用，构成了我们所熟悉的宏观世界。 1、化学键的定义与类型 化学键是原子之间的相互作用，分为共价键、离子键和金属键三大类型： 2、原子间的相互作用 化学键的形成和破裂与多种相互作用力有关，包括： 3、量子力学与化学键的奥秘 量子力学让我们从微观层面理解化学键： 4、化学键在材料科学中的应用 化学键的理解推动了材料科学的进步： 5、化学键与生物分子 化学键在生物分子中扮演关键角色： 6、未来研究方向
2030年前碳达峰行动方案
为深入贯彻落实党中央、国务院关于碳达峰、碳中和的重大战略决策，扎实推进碳达峰行动，制定本方案。 一、总体要求 （一）指导思想。 以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，全面贯彻党的十九大和十九届二中、三中、四中、五中全会精神，深入贯彻习近平生态文明思想，立足新发展阶段，完整、准确、全面贯彻新发展理念，构建新发展格局，坚持系统观念，处理好发展和减排、整体和局部、短期和中长期的关系，统筹稳增长和调结构，把碳达峰、碳中和纳入经济社会发展全局，坚持“全国统筹、节约优先、双轮驱动、内外畅通、防范风险”的总方针，有力有序有效做好碳达峰工作，明确各地区、各领域、各行业目标任务，加快实现生产生活方式绿色变革，推动经济社会发展建立在资源高效利用和绿色低碳发展的基础之上，确保如期实现2030年前碳达峰目标。 （二）工作原则。 二、主要目标 “十四五”期间，产业结构和能源结构调整优化取得明显进展，重点行业能源利用效率大幅提升，煤炭消费增长得到严格控制，新型电力系统加快构建，绿色低碳技术研发和推广应用取得新进展，绿色生产生活方式得到普遍推行，有利于绿色低碳循环发展的政策体系进一步完善。到2025年，非化石能源消费比重达到20%左右，单位国内生产总值能源消耗比2020年下降13.5%，单位国内生产总值二氧化碳排放比2020年下降18%，为实现碳达峰奠定坚实基础。 “十五五”期间，产业结构调整取得重大进展，清洁低碳安全高效的能源体系初步建立，重点领域低碳发展模式基本形成，重点耗能行业能源利用效率达到国际先进水平，非化石能源消费比重进一步提高，煤炭消费逐步减少，绿色低碳技术取得关键突破，绿色生活方式成为公众自觉选择，绿色低碳循环发展政策体系基本健全。到2030年，非化石能源消费比重达到25%左右，单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降65%以上，顺利实现2030年前碳达峰目标。 三、重点任务 将碳达峰贯穿于经济社会发展全过程和各方面，重点实施能源绿色低碳转型行动、节能降碳增效行动、工业领域碳达峰行动、城乡建设碳达峰行动、交通运输绿色低碳行动、循环经济助力降碳行动、绿色低碳科技创新行动、碳汇能力巩固提升行动、绿色低碳全民行动、各地区梯次有序碳达峰行动等“碳达峰十大行动”。 （一）能源绿色低碳转型行动。 能源是经济社会发展的重要物质基础，也是碳排放的最主要来源。要坚持安全降碳，在保障能源安全的前提下，大力实施可再生能源替代，加快构建清洁低碳安全高效的能源体系。 （二）节能降碳增效行动。 落实节约优先方针，完善能源消费强度和总量双控制度，严格控制能耗强度，合理控制能源消费总量，推动能源消费革命，建设能源节约型社会。 （三）工业领域碳达峰行动。 工业是产生碳排放的主要领域之一，对全国整体实现碳达峰具有重要影响。工业领域要加快绿色低碳转型和高质量发展，力争率先实现碳达峰。 （四）城乡建设碳达峰行动。 加快推进城乡建设绿色低碳发展，城市更新和乡村振兴都要落实绿色低碳要求。 （五）交通运输绿色低碳行动。 加快形成绿色低碳运输方式，确保交通运输领域碳排放增长保持在合理区间。 （六）循环经济助力降碳行动。 抓住资源利用这个源头，大力发展循环经济，全面提高资源利用效率，充分发挥减少资源消耗和降碳的协同作用。 （七）绿色低碳科技创新行动。 发挥科技创新的支撑引领作用，完善科技创新体制机制，强化创新能力，加快绿色低碳科技革命。 （八）碳汇能力巩固提升行动。 坚持系统观念，推进山水林田湖草沙一体化保护和修复，提高生态系统质量和稳定性，提升生态系统碳汇增量。 （九）绿色低碳全民行动。 增强全民节约意识、环保意识、生态意识，倡导简约适度、绿色低碳、文明健康的生活方式，把绿色理念转化为全体人民的自觉行动。 （十）各地区梯次有序碳达峰行动。 各地区要准确把握自身发展定位，结合本地区经济社会发展实际和资源环境禀赋，坚持分类施策、因地制宜、上下联动，梯次有序推进碳达峰。 四、国际合作 五、政策保障 六、组织实施 文章来源：https://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2021-10/26/content_5644984.htm
气凝胶如何推动节能环保？——湖南奥飞新材料
湖南奥飞新材料有限公司专注于纳米气凝胶材料研发与生产，致力于为航天军工、石油化工、电力储能、城市热网、LNG深冷绝热及电子电器等领域提供高效、环保的保温隔热解决方案。我们的气凝胶产品以卓越的性能推动节能减排，助力可持续发展。 航天军工 2016年11月3日20:43，我国新一代大运力运载火箭长征五号在海南文昌卫星发射中心成功首飞！湖南奥飞新材料有限公司研发的高性能纳米气凝胶隔热毡为火箭燃气管路系统提供了卓越的隔热保温效果，为此次发射成功提供了重要保障。宇航服夹层也采用奥飞的气凝胶材料进行隔热，有效保护宇航员免受极端温度影响。 奥飞的气凝胶保温材料广泛应用于飞机机舱隔热层，以及核潜艇、蒸汽动力导弹驱逐舰的核反应堆、蒸发器、锅炉和高温蒸汽管路系统。其高效隔热性能显著降低舱内温度，减少保温材料用量，扩大舱内空间，改善工作环境。相比传统材料，奥飞气凝胶以更轻的质量、更小的体积实现更优异的隔热效果，在航空航天领域具有无可比拟的优势。 石油化工 湖南奥飞新材料的气凝胶保温毡广泛应用于稠油高温注汽开采管道及炼化装置介质管线的保温，适用介质温度范围为200℃~600℃。其轻薄特性大幅减少外保温层用量，憎水率高达99.6%，且PH值为中性，不会腐蚀管道，延长设备使用寿命，降低维护成本。 与传统保温材料（如硅酸铝、玻璃棉、岩棉）相比，奥飞气凝胶保温毡有效减少施工对象体积，提高管道排布率。传统材料吸水性强，导致保温层下沉，保温效果下降，而岩棉还因环境污染问题逐渐被淘汰。奥飞气凝胶凭借优异的憎水性和环保特性，成为石油化工领域保温材料的首选。 电力储能 在火力发电厂能量转换过程中，湖南奥飞新材料的气凝胶保温材料有效减少热能损失，提高热源利用效率，保障机组经济运行。奥飞气凝胶遵循安全无毒、稳定性高、无放射性、可重复使用的原则，结合先进施工方法，优化火力发电厂保温设计。 保温的主要目的： LNG深冷绝热 为提升LNG运输的安全性和高效性，湖南奥飞新材料的气凝胶成为深冷绝热的最佳选择。其导热系数低至0.018W/m·k，防火等级A1，憎水率≥99%，纳米三维网络结构确保高温稳定性，避免传统材料因震动堆积变形导致性能下降。奥飞气凝胶由无机材料制成，PH值中性，无腐蚀性，安全环保，成为LNG深冷绝热领域的理想材料。 城市热网 供热管道保温是节能减排的重要措施。湖南奥飞新材料的气凝胶直埋保温管适用于-250℃~750℃范围内的介质保温保冷，广泛用于城市集中供热、冷库、煤矿、石油管道、天然气管道等工程。其低导热系数（0.018W/m·k）和低吸水率显著降低热网热损失，仅为2%，远低于国际10%的标准。 奥飞气凝胶直埋保温管的优点： 电子电器 在热水器领域，湖南奥飞新材料的气凝胶显著提高热效率。常温下24小时水箱降温控制在5-7℃，优于传统保温材料。奥飞气凝胶导热系数低（0.018W/m·k），憎水率≥99%，机械加工性能优异，抗撕扯、高柔韧，A级防火，安全环保，适用于仪器设备、电热元件的绝缘隔热，最高耐温达1000℃。 奥飞气凝胶易于切割，广泛应用于工业绝热、管道保温、汽车、航天、建材、冶金、玻璃、家用电器（如微波炉、电磁炉、烤炉等）等领域，为节能环保提供高效解决方案。
