气凝胶市场调研报告

2018年气凝胶行业发展现状及市场前景

调查分析报告

第一章产业定位及特征

第一节气凝胶细分市场构成

一、产品定义

气凝胶，因轻若薄雾蓝色泛蓝又被称为“蓝烟”、“冻结的烟”。气凝胶有碳气凝胶、硫气凝胶，金属气凝胶和氧化物气凝胶等，但目前从制备成本、技术成熟度等综合因素而言，应用最广泛的当属二氧化硅气凝胶，下文如未特别说明，所称气凝胶均为二氧化硅气凝胶。

二、气凝胶特性

(一)气凝胶优异特性

气凝胶是一种具备纳米多孔网状结构的固体材料，这种材料的特点有：

?透明无色:折射率（1.006~1.06），对入射光几乎没有反射损失

?密度低（0.003-0.3g/cm-1）：超轻质，是世界上密度最小的固体

?高孔隙率（80%-99.8%）：隔音，具有良好的吸声效果

?大比表面积（100-1600m2/g）：具有良好的吸附特性

?极低的热导率[10-40mw/(m﹒K)] ：防火隔热，具有极佳的绝热性能Source :广东埃力生

(二)气凝胶的性能

1.热学性能

无机气凝胶的主要特征之一是其具有非常低的导热性。以氧化硅气凝胶为例，其热导率通常为0.015 W·(m·K)-1，低于相同环境条件下空气的热导率 0.025 W·(m·K)-1，因而氧化硅气凝胶可用作优异的绝热温材料，广泛应用于建筑保温，设备保温等。此外，无机氧化物气凝胶是不可燃的，虽然机械性能较差，如果对其进行机械加固，在制备透明绝缘组件及采光装置上则具有巨大的应用潜力。

2.光学和光催化性能

氧化硅气凝胶的光学透射和散射性质是其另一种重要特征，结合其热性能可制成透明的隔热物体，如窗户。气凝胶的这种用途首先由 Pajonk 提出。尽管某些方向上存在一定程度的散射降低了光学性能，但氧化硅气凝胶的透明度和可见光透射率非常高，依然是一种理想的透明隔热材料。

利用氧化硅气凝胶的结构以及C60的非线性光学效应，可进一步研制新型激光护目镜用于军工领域。二氧化钛材料气凝胶具有优异的光催化性能，在光催化降解和太阳能电池等领域具有广阔的应用前景。

3.声学性能

氧化硅气凝胶的声学特性与其热学性质密切相关。气凝胶中的声传播取决于凝胶间隙中孔隙性质及气凝胶密度等。氧化硅气凝胶是优异的隔音材料，由于声波在凝胶网络中传播的过程中波能量逐渐转移衰减，所以在振幅和速度上都大大减弱，通过气凝胶的纵向声速通常为100ms量级，这使得氧化硅气凝胶非常适用于声学隔音装置。

4.机械性能

气凝胶的抗压强度、拉伸强度和弹性模量都非常低，并且在很大程度上取决于凝胶网络连接情况和凝胶密度。事实上，与其他不同材料的复合，给予气凝胶可以被弹性地压缩属性，克服其本身易碎的缺点，织成纺织材料也可以表现出出优良的柔韧性而不失保温性能，这也注定气凝胶的单体形态无法广泛应用。

5.吸附和储能性能

氧化物气凝胶由于具有高孔隙率，因而可有效地用于捕获各种发光分子或纳

溶胶-凝胶过程是在低温或常温下通过水解反应和缩聚反应形成凝胶三维空间网络结构的过程。研究表明溶胶-凝胶过程受很多因素影响，如应用水量、溶剂容量、催化剂的种类和浓度、温度以及PH值等。

(二)凝胶的干燥

干燥是二氧化硅气凝胶制备中最为关键的环节，干燥方法选择的好坏直接决定所得气凝胶性能的优劣。目前主要研究的有超临界干燥、常压干燥和冷冻干燥，对干燥后凝胶的密度、比表面积、孔隙率和孔径等参数的测量和表征来判断气凝胶性质的好坏：密度越低、比表面积越大、孔隙率越高、孔径分布越均匀，说明其性质越好，反之亦然。

1.超临界干燥

超临界干燥的原理是调节超临界干燥设备中的温度和压强使其达到或超过凝胶孔隙中液体的临界温度和临界压强，此时气液界面消失，液体从孔隙中排出时，不会使其网络骨架收缩和结构坍塌，达到保持其原有机构与状态的目的。

目前，此方法是获得高品质、高性能二氧化硅气凝胶的最佳选择，也是最早实现的批量制备气凝胶技术，技术水平较为成熟，是包括阿斯彭、纳诺、埃力生的国内外气凝胶企业采用较多的技术。而超临界干燥操作过程复杂、使用设备费用高，也正因为如此，这些有一定经济实力的企业和科研团队占据了市场的先机。氧化硅气凝胶的开发和使用受到了很大程度的限制，大规模、民用化推进比较困难，目前的主要市场在大型商用和工业领域。

2.常压干燥

常压干燥的原理是用一种或几种表面张力的溶剂来置换凝胶孔隙中的液体，并通过改性使凝胶表面疏水改性，防止在干燥过程发生体积收缩和结构破坏。虽然此方法减小了凝胶孔洞中液体的毛细管力以及削弱了骨架的表面活性，但它并不能完全消除气液界面的产生，因此在干燥过程中难免出现裂纹和结构破坏。

一方面，常压干燥不需要昂贵的设备、大大的降低了制备成本；另一方面，它具备操作简单、安全、发展潜力大等优点，使其成为目前此方面研究的热点和重点。在原料成本大大降低了以后，其应用场景将会有一个爆发性的增长。

3.冷冻干燥

冷冻干燥法是调节反应器中的温度和气压使得凝胶中的液体凝固，再用真空

其次，气凝胶粉体因其具有极强的吸附性，容易吸收其他挥发性化学材料而影响其原有性能，要求储存环境干燥通风，包装密封，相应增加了产品的物流和储存成本。

气凝胶毡，是当前产量最大、应用最广的气凝胶产品，航天军工、石油化工、冶金建材、冰箱冷库、物流运输等所有保温隔热的应用领域都可以采用气凝胶毡，硬度较软，有柔韧性可卷曲。

气凝胶布、纸和异形件，主要用于一些特殊需要领域。如气凝胶布主要是服装鞋帽领域，气凝胶纸（薄毡）主要是热电池和一些空间极小或管径极细或希望缠绕施工的领域，气凝胶异形件基本上都是军工应用和制作可拆卸保温套。

气凝胶布气凝胶纸气凝胶异形件

气凝胶板，毡与板一个主要区别仅仅是硬度的不同。相对于毡，板有一定的刚度，不易弯曲。板的主要应用是大型设备保温以及未来的建筑节能内外墙的复合保温板材、家具内部复合板材。对板而言，当前一个挑战就是厚度，客户往往希望可以达到5-10cm的厚度，而目前气凝胶产品最大厚度仅为1cm。

以上产品共同面临的一个问题就是产品表面粉尘，也是气凝胶产品除了

高成本外的又一痛点，国外某公司产品对该问题已经有显著改善，目前弘大的二次复合法的产品粉尘较少，视觉上无明显掉粉，而纳诺和埃力生的一次复合产品粉尘量较多。

气凝胶涂料，通过低导热系数和高热阻来实现隔热保温，通过纳米气凝胶材料以获得疏水自洁、呼吸透气、弹性修复等功能，由于流体的特性，方便运输，施工工艺简单、应用领域广泛，包括大型钢架结构的建筑、高压电缆、风力发电设备等，成为新的保温、自洁、防冻解决方案，目前世界发达国家在这方面的开发应用已经较为普及，无论是建筑行业，还是工业管道，已有大量应用。但是因为气凝胶材料构造的特殊性，融合其他物质后其特有效果都不很理想，还需突破技术方面的瓶颈。

气凝胶纤维，气凝胶纤维无需像羽绒服那样填充夹层，变可达到保持人体热量的效果，这种厚度仅0.3 厘米的防风衣穿起来和4 厘米厚的羽绒服一样暖和，在约零下196摄氏度的液氮测试中，这件外套内部还能保持约31.6摄氏度的温度，足以证明其有效的恒温性能。目前北京弘大已研发出气凝胶纤维，可混入棉纺之中，但是并未有成品实物。

五、产品应用领域

二氧化硅气凝胶因其光学、声学、力学、电学、热学等领域中展现的优异性能，使其在工业、军事、民用、建筑、航天等领域具有广阔的应用前景和巨大应用价值。

1.管道保温行业

在工业及民用领域纳米孔超级绝热材料有着广泛和极具潜力的应用价值，在电力、石化、化工、冶金、能源、建材以及其他工业领域，热工设备普遍存在，管道保温已成为应用最广、实践最多的应用场景，在一些特殊的部位和环境，由于受重量、体积或空间的限制,更是不可取代的超级绝热材料。

在保温隔热方面可供选用的保温材料种类有：

使用温度可选用材料导热系数W/m·K

100-400℃玻璃棉在平均温度70±5℃时，导热系数≤0.043W/m·K

400-450℃电解石棉布0.034（20℃）600℃气凝胶玻纤复合材常温下0.016 650℃ E 玻纤针刺毡常温下0.038W/m·K 750℃蛭石涂层玻纤布与涂层有关

应用于新能源领域，可延长热电池的工作寿命,防止生成的热影响热电池周围的元器件。同时防止冬天温度过低影响电池的充电放电。

还可应用于高铁、动车、飞机和船舶的防寒、保温和隔音，有效降低车辆保温层厚度，节省空间，并降低保温材料的使用重量，获得更大的运载能力。

6.舱体保温

气凝胶保温材料可用于各种舱体保温如矿山救生舱、轮船船舱、潜艇工作舱、气凝胶也可用于低温存储舱。

矿山救生舱是一种典型的特殊舱体，在救援过程中可能长时间处于高温烟气环境中，为保障救生舱内避难人员的安全，提高救生舱的高温防护能力和结构力非常重要。根据国际普遍的矿井救护队在矿井事故救援过程中的经验，煤矿井下的灾变环境温度可能长时间处于 50 摄氏度，因此，应用于我国煤矿井下的救生舱温度防护指标至少应为 55 摄氏度，在外界环境温度持续保持在 55 摄氏度的条件下，救生舱必须依靠自身结构和设备将舱内温度控制在 35 摄氏度以下。作为优秀的隔热材料，气凝胶保温隔热材料已经流行于矿用救生舱隔热层，可以提高救生舱的防火性能和温度控制性能，增加救生舱的有效空间，节约能源的消耗。

7.军事与航天领域

气凝胶保温材料可用作未来的防弹住宅和军用车辆装甲。防弹是新型气凝胶的第二个重要用途，美国宇航局的这家公司正在对用气凝胶建造的住所和军车进行测试，可以经受住 1公斤炸药的爆炸威力，让你远离 1300摄氏度以上喷灯的高温。根据试验室的试验情况来看，如果在金属片上加一层厚约 6 毫米的气凝胶，那么，就算炸药直接炸中，对金属片也分毫无伤。（目前北京弘大正有此类方面的军工合作）金属气凝胶的可用作枪械铸造材料，提高枪械持续射击的稳定性。

作为核潜艇、蒸汽动力导弹驱逐舰的核反应堆、蒸发器、锅炉以及复杂的高温蒸汽管路系统的高效隔热材料，可以增强隔热效果，降低舱内温度，同时有效降低隔热材料的用量，增大舱内的使用空间，保证其内部的电子设备在外部温度极端低的情况下能正常运作。结合外部涂料可使得军用设备对雷达隐形。

除了已经应用的宇航服外，用作航空发动机的隔热材料，既起到了极好的隔热作用，又减轻了发动机的重量。除了气凝胶的导热性和折射率很低外，绝缘能力比最好的玻璃纤维还要强39倍，俄罗斯“和平”号空间站和美国“火星探路

者”探测器都用它来进行热绝缘。

当然气凝胶在航天中的应用远不止这些，利用气凝胶的吸附性，美国国家宇航局的“星尘”号空间探测器已经带着它在太空中完成了一项十分重要的使命———收集彗星微粒。

8.日用品行业

气凝胶在日常生活中已有的应用：

1)平板太阳能集热器

太阳能热水器及其他集热装置的高效保温成了能否进一步提高太阳能装置的能源利用率和实用性的关键因素。将纳米孔超级绝热材料应用于热水器的储水箱、管道和集热器，降低顶部热损失、提高集热器效率，比现有太阳能热水器的集热效率提高1倍以上，而热损失下降到现有水平的30%以下。

2)加固球拍

运动器材公司邓禄普(Dunlop)研制出一系列用气凝胶加固的壁球和网球球拍，据说这种球拍能释放更大的力量。

3)服装

利用气凝胶优异的隔热性能，人们制造了气凝胶作底衬的衣服，该衣服因穿着后让人感觉太热而一度被人投诉、下架。这又让不少厂家为滑雪，登山运动员专门研制了从鞋垫到睡袋的一系列户外御寒用具。现在高端化妆品行业也将气凝胶添加到面霜等护肤产品中用作研磨剂。日化行业人们将气凝胶添加到牙膏中。利用其高比表面积，用作油墨打印中的添加剂扩大油墨微粒表面张力，增强吸附能力使得打印出来的图案更清晰、更逼真。利用其轻质高弹性，体育用品业应用气凝胶生产了网球拍等产品。

9.环保领域

气凝胶是一种由纳米特性,使氧化硅气凝胶催化剂的活性和选择性远远高于常规催化剂,而且它还可以有效减少副反应的发生。气凝胶因其高的孔隙率、比表面积和开放的织态结构，应用在处理环境污染和分解水制氢的光催化剂和催化载体方面具有分厂好的应用价值，极大地推动了光催化技术的发展。气凝胶除了在环保方面的化学特性优秀，其物理特性也十分突出，因为其表面有成百上千万的小孔，被科学家们亲切地称为“超级海绵”，是非常理想的吸附水中污染物的材料。

人们每年将使用过的2亿多加仑的油倾倒在下水道、溪流和后院中，导致的被污染废水很难进行治理。虽然目前有许多种不同的吸附剂用于清理使用过的废油，比如：活性碳，虽然它具有吸附作用，但是这种材料的成本很贵，而且效率很低。不易被水沾湿的二氧化硅气凝胶具有很强的渗透性，能够充分吸附物质，它就像一种性能突出的油料吸附海绵。目前，科学家将一串气凝胶珠子装入一个垂直圆柱容器，将该容器放置在漂浮着大豆油的流动水域里，让气凝胶模拟在废水处理中实现过滤吸附作用。实验结果显示，气凝胶珠的重量为之前的7倍，它非常有效地吸附了流动水域中的大豆油，这比传统吸附性材料更加有效。一些特定的气凝胶还能吸出水中的铅和水银、化学有毒蒸汽、炸药废水、放射粉尘污染等，是处理生态灾难的绝好材料。

10.物流领域

冷链物流，电商场景的进一步延伸，打通线上与线下的渠道，新零售的赋能将消费者对生鲜的需求推上了新的高峰。无论是盒马鲜生还是永辉超市，无论是波士顿龙虾还是猫山王榴莲，在它们完好地呈现在消费者面前之前，都要经过复杂的冷链运输过程，而包括冷链运输在内的供应链体系的完善，才是新零售得以快速发展的前提。将气凝胶用作保温层，大幅提高保温效果，增大货柜的内部容积、减少食物污染，更大降低物流成本。

危化品物流，该类运输车辆的防火保温更为重要，货车使用频次高，载重大，运输距离长，货物种类繁杂，使用气凝胶做防火隔热墙，能有效阻止火从车头蔓延到驾驶舱或货舱，保证人员和货物的安全，保障货物在极寒极热环境下的安全稳定；同时气凝胶不燃，无火灾隐患。

11.家电领域

用块状、颗粒状或粉末状的气凝胶取代氟里昂发制的聚氨酯泡沫作为冰箱等低温系统的隔热材料，可以防止氟里昂气体泄漏破坏大气臭氧层，保护人类的生存环境；用于热水器水箱的保温工作，可提高热水器的热效率。

利用气凝胶的轻便体积特性，使传统白电获得更大的内部储存空间和更小的外部体积，适合现有小户型建筑和车载家电领域。

12.在电化学方面

有机气凝胶和金属氧化物气凝胶，是非常优异的介电体，可用作高压绝缘材料，高速或超速集成电路的衬底材料，真空电极的隔离介质以及超级电容器。

另外一个重要应用是利用碳气凝胶的导电性作为理想的高效的超电容器和电容消离子过程的电极材料；而有些金属氧化物气凝胶则显示出优越的超导性、热电性和压电性。Polystor 公司推出一种高性能的碳气凝胶超级电容器，称为“空气电容器”。其功率为4千瓦/千克，接近于电池的功率。美国海洋研究实验室的 Debra R.Rolison 及Celia Merzbacher 带领的小组通过在气凝胶的凝胶前掺加其他成分制备出无污染的燃料电池。

13.储氢材料

氢能具有很高的热值，燃烧释能后的产物是水，对环境无污染，此外，氢能为可再生能源，不会枯竭，因而被誉为21世纪的绿色新能源。美国Lawrence Livermore国家实验室和伊利诺斯大学研究表明：碳气凝胶具有优良的吸、放氢性能，提高燃料电池的相变能力。美国能源部于2005年专门设立了机构，研究掺杂金属的炭气凝胶贮氢，并给予财政资助。

14.电力传输领域

气凝胶涂料的高疏水性可用作高压线防冻、风力发电的自洁以及高压输电线路的超导材料。

Source：寻材问料

第二节产业定位

与传统保温材料相比，气凝胶优势明显，但缺点也显而易见：气凝胶是迄今为止绝热性能最好的材料，是传统隔热材料革命性替代产品；但同时气凝胶生产成本高昂，产品价格昂贵。

一、与传统产业的差异

（一）传统的保温材料最为普遍的缺点

1)导热系数高、保温效果差，在很多对保温有较高要求的场合，甚至不能满足

保温设计要求；

2)由于较差的保温性能，导致需要较大的包裹厚度，不利于节能保温施工作业

的开展，提高了施工作业的成本；

3)保温性能衰减很快，导致设备和管道的热损失逐年升高，运营成本逐年升高；

基本上每 3～4 年就要更换一次，维护成本高、重复投资高；

4)很多材料的疏水性较低，导致保温层潮湿，严重时甚至引起保温层下腐蚀，

导致壁厚变薄，让管道或者设备存在安全隐患；

5)材料结构不稳定，在使用一段时间后会由于重力作用出现上下不均匀的现象，

下部厚度有时为上部的2倍，导致保温性能不均匀、增加热损失。

（二）传统保温材料的优势：

价格低，初始投资成本低，对于保温性能要求不严格及内外温差小的应用场合性价比高。

（三）气凝胶保温材料的优点

1)导热系数低，常温常压下导热系数可低达0.020W·（m·K）-1，保温性能好；

2)具有超疏水特性，防水性能卓越，不会受潮、吸水腐蚀管道，无保温层下腐

蚀；

3)气凝胶保温毡产品柔性好，抗压，施工厚度小，易安装维护，而且对管道弯

头、阀门、三通等保温薄弱的异性件部位有很好的适应性；

4)耐高温性能优异，一般普通的气凝胶产品可耐600℃高温，特殊工艺制备的

气凝胶可耐1100℃高温；

5)耐火性能好，阻燃性能可达A级不燃，大大提高材料使用过程中的安全性；

6)防震防爆，优异的隔音吸声性能；

7)耐老化性能及尺寸稳定性优异，正常环境下服刑寿命可达12-15年。

（四）气凝胶保温材料劣势

价格高，初始投资成本高，投资回收期长，销售渠道成本高，经营者压力大。

二、结论

气凝胶材料较传统保温材料具有较大综合优势。使用气凝胶材料所节约的能

源和运行维护费用（主要指更换传统保温层的材料和人工费用)，可在 2～4 年

内超过初期多花费的投资。在随后的服役过程中，可持续因能源节约和减少保温

层更换次数为管道运营商节省开支。此外，当管道内外温差较大、年加热时长较

长、加热燃料或电能涨价时，使用气凝胶材料的效果更好。

为了降低气凝胶保温材料代替传统保温材料的初期投资成本，可以首先在保

温性能要求高，内外温差大，施工难度较高的场合使用气凝胶。根据应用需求，

将气凝胶保温材料和传统保温材料结合使用，达到最大性价比。除实验室、航天、

军工、环保的用途外，气凝胶的各类市场化应用都是基于保温隔热这个核心性能拓展来的。

第三节气凝胶行业发展历程及周期性分析

一、气凝胶产品研发进程

1999年，美国航空航天局研制出了密度为3毫克每立方厘米的二氧化硅气凝胶，成为当时世界上最轻固体材料。

2011年，美国科学家合作制造了一种镍构成的气凝胶，密度为0.9毫克/立方厘米，是当时最轻的固体材料。

镍构成的气凝胶放在蒲公英花朵上，柔软的绒毛几乎没有变形2012年7月，英国基尔大学和德国汉堡科技大学的科学家们研制出了当时全球最轻的材料“飞行石墨”，密度仅为0.2mg/cm3。看起来像一块黑色不透明的海绵。“飞行石墨”是由多孔的碳管在纳米和微米尺度三维交织在一起组成的网状结构。尽管其质量很轻，但弹性却非常好，拥有极强的抗压缩能力和张力负荷。它可以被压缩95%，然后恢复到原有大小。它还几乎能吸收所有光线。

2013年，浙江大学高分子科学与工程学系高超教授研制的“全碳气凝胶”密度为0.16毫克每立方厘米，创造了一个新的记录。

8立方厘米的“碳海绵”踩在花蕊上

2015年，东华大学俞建勇院士、丁彬教授带领的纳米纤维研究团队利用普通纤维膜材料开发出了一种超轻、超弹的纤维气凝胶，经中国计量认证结果显示，这种纤维气凝胶的固态材料密度仅为0.12毫克每立方厘米，一块体积为20立方厘米的“纤维气凝胶”可以轻松的“踩”在羽绒的几根绒毛上。

2016年，东华大学俞建勇院士、丁彬教授带领的团队在超轻生物质衍生碳基纳米纤维气凝胶研究上取得了突破性进展。利用纳米纤维“三维网络重构”新方法将静电纺纳米纤维和新型生物质碳源构建为超轻质、超弹性碳基纳米纤维气凝胶，该气凝胶具有类蜂巢网孔结构，且其固态材料密度仅为0.14mg/cm3。二、气凝胶行业发展历程

2001年与美国宇航局有密切关系的ASPEN公司的成立，标志真正商业意义的气凝胶产业化的开始。

2004年国内首家气凝胶企业——由具有强大建筑背景的浙江中联建设集团投资成立的纳诺高科成立；2006年4月，纳诺科技成立自主研发中心，气凝胶粉体中试成功；2008年，纳诺科技成功研发出工业用气凝胶纳米孔超级绝热材料，这一成就填补了国内气凝胶空白，且中国气凝胶产业起步几乎与世界同步。

之后的一段时期里，气凝胶生产商在产品开发上呈现多样化态势。企业经营范围逐渐扩展到集研发、生产、销售气凝胶复合隔热材料和真空绝热材料为一体，并面向工业应用提供个性化解决方案，开发气凝胶毡、气凝胶板、真空绝热板等系列产品。

2014年底，随着气凝胶产业的不断发展，国内对节能环保的日趋重视，气凝胶产业迎来了产业大发展的窗口期。根据企查查工商查询官网显示，2014年全国新注册的气凝胶和气凝胶复合物的研发与生产销售商首次突破百位，多达119家，此后每年新增企业数量环比增长率均保持在30%左右，目前全国共有2366家企业从事气凝胶行业；此外，由于竞争加剧，资本和技术力量雄厚的大企业如浙江圣诺（由纳诺内部工作人员创办）、爱彼爱和、北京弘大都竞相开发新型的气凝胶产业化技术，走产学研用协同创新的道路，强强联合携手制定气凝胶行业和国家标准，以提高进入壁垒，压制竞争者，保持市场份额。

近年来，随着国家节能减排和新材料政策的出台，新型材料气凝胶受到越来越多的关注。