PDF《2019 年度国家技术发明奖提名公示材料》

2019 年度国家技术发明奖提名公示材料 项目名称 高温高强疏水气凝胶材料技术及规模化应用 提名单位 中国石油和化学工业联合会 提名意见 (不超过

600 字) 气凝胶材料是近年来发明和应用的一种新型纳米材料,因其热导率低 在绝热与节能减排领域有着极大应用前景.

由南京工业大学、山东省新材 料研究所和中国建筑材料科学研究总院有限公司单位,组成的团队经十余 年研究开发,取得创新如下:1. 发明了溶胶粒子成核生长调控、多网络协 同增强、功能基团定向置换、热力学结构强化等网络结构调控技术,在国 内外率先实现了高温高强气凝胶结构可控、性能可调;

2.基于高温高强气凝 胶网络结构调控技术,创制了具有高温、高强、疏水特性的系列化气凝胶 产品;

3.发明了利用无机硅溶胶替代正硅酸酯制备高温高强气凝胶的工业生 产技术,开发了气凝胶网络结构高温增强工艺及其成套装备,实现了气凝 胶系列产品的规模化生产和应用. 已授权发明专利

25 件、其中美国发明专利

1 件,PCT 专利

1 件.参编 国标

1 项,发表论文

95 篇、其中 SCI 收录

66 篇.创建了中国绝热节能材 料协会气凝胶材料分会,发起主办了两届 气凝胶材料国际学术研讨会 , 获批建筑材料行业气凝胶材料重点实验室等.成果在多家公司实现产业化 和应用,推动了国内气凝胶材料和产业从无到有,引领绝热材料行业产品 更新换代和科技进步,社会经济效益显著. 经审查,提名书及附件材料真实有效,相关栏目填写符合国家科技奖 励要求,候选人、候选单位、知识产权和应用单位经公示无异议,对照国 家科技奖授奖条件,提名该项目为

2019 年度国家技术发明奖二等奖. 项目简介 气凝胶材料是由纳米颗粒组成的三维网络结构材料,其孔径一般在 20~70 纳米.由于其具有低于空气导热系数的绝热性能,被国际上称为超级 绝热材料,是支撑国防安全、航空航天、高温热力管道、高温窑炉发展的 关键新材料,是国际上绝热新材料研发的重点.自从

1931 年斯坦福大学 Kislter 教授发明气凝胶材料以来,国际上进行了长期研究.美国 Aspen 公 司在

2001 年实现 650℃高温气凝胶材料产业化、Cobat 公司在

2003 年实现 160℃疏水气凝胶材料产业化.中国在

90 年代开始研究,2009 年初步实现 气凝胶材料产业化.但气凝胶材料仍存在强度低、耐高温性能差、疏水性 能弱等亟待解决的国际性难题.伴随着国防军工行业高超声速飞行器、国 家节能减排重大需求,打破国外技术封锁,研发耐 1200℃以上的高温气凝 胶材料及超过 350℃热力管道用疏水气凝胶材料, 解决气凝胶材料卡脖子关 键技术难题成为国家的重大战略需求. 本项目在国家自然科学基金、973 及国防预研项目、教育部创新团队项 目等支持下,突破了气凝胶网络结构调控和高温结构稳定性关键技术,在 国际上率先实现了 380℃疏水气凝胶和 1700℃高温高强气凝胶材料的制备 和应用,取得创新性发明如下:

1、发明了溶胶粒子成核生长调控、多网络协同增强、功能基团定向置 换、热力学结构强化等网络结构调控技术,解决了气凝胶网络结构控制国 际难题.在国内外率先实现了高温高强气凝胶结构可控、性能可调.

2、基于高温高强气凝胶网络结构调控技术,发明了具有高温、高强、 疏水特性的系列化气凝胶产品.疏水氧化硅气凝胶导热系数 0.018W/(m・ K), 疏水温度 380℃,比国际先进产品提升 180℃.莫来石晶须增强氧化硅气凝 胶1100℃*3h 永久变形 4.3%.氧化铝晶须增强炭-氮化铝 1700℃气凝胶抗 压强度 9.1MPa、1300℃高温导热系数为 0.188W/(m・ K).

3、发明了高温高强气凝胶的工业化生产技术,开发了气凝胶网络结构 高温增强工艺及其成套装备,实现了气凝胶系列产品的规模化生产和应用. 项目攻克了气凝胶材料网络结构调控及高温结构稳定性关键科学难 题,获授权发明专利

25 件、其中美国发明专利

1 件,PCT 专利

1 件,形成 了具有完全自主知识产权的核心专利群,打破了国外气凝胶材料技术封锁, 解决了我国国防军工和节能减排领域的卡脖子技术难题.成果通过专利转 让、专利许可和技术合作等方式在国内多家企业成功实现产业化和工程应 用,产品广泛应用于高温窑炉、高温热力管道、国防领域等,近三年新增 产值

5 亿元、利润 1.3 亿元.极大地推动了国内气凝胶材料产业从小到大、 从大到强,有力地支撑了国内高端绝热材料产业发展和武器装备研制. 客观评价

1、科技查新结论 委托教育部科技查新工作站对该项目 耐高温气凝胶网络结构调控与低 成本制备 进行查新, 查新内容为: 采用聚丙烯酸凝胶作为网络结构改良剂、 硅溶胶为硅源,制得氧化硅气凝胶隔热材料,通过氧化硅网络结构中原位 晶须增强提高氧化硅基气凝胶材料的网络结构稳定性,气凝胶有氧环境使 用温度≥1300℃、无氧环境使用温度≥1500℃,网络结构原位晶须增强(韧) 后无机气凝胶抗压强度高达 9MPa .查新报告(20183600G140642)指出: 经检索对国内外相关文献分析对比结果表明, 除委托人公开发表的文章外, 均未见:与该项目 耐高温气凝胶网络结构调控与低成本制备 相同的报道.

2、专利检索报告

2019 年1月7日南京工业大学知识产权中心出具的专利检索报告表明: 根据专利申请数量对发明(设计)人进行排序发现,在国内气凝胶制备领 域该项目第一完成人 沈晓冬 排名第一(专利数量 99).

3、科技成果鉴定结论 高性能气凝胶技术及规模化应用 项目于

2019 年1月15 日通过了 中国建筑材料联合会科技成果鉴定,以周廉院士为主任、陈祥宝和张联盟 院士为副主任组成的鉴定委员会一致认为:该项目成果达到国际先进水平, 其中 气凝胶网络调控技术、耐高温、疏水性处于国际领先水平 .

4、项目验收意见 教育部创新团队项目(无机非金属材料及应用 IRT1146):江东亮院士 为组长的专家组,认为:该项目 .….. 在高性能气凝胶材料等方面取得了多 项创新性成果,……建议教育部给予滚动支持 . 国家自然科学基金(疏水型纳米 SiO2 气凝胶修饰活性炭吸附硝基化合 物研究 10976013):该项目采用原位聚合结合溶胶-凝胶、超临界干燥等工 艺制备出三种疏水型纳米 SiO2 气凝胶材料,有机物吸附效果优于活性炭, 为废水处理用高吸附再生材料的应用和产业化提供了理论依据和技术支 撑.2013 年4月国家自然科学基金委对该项目审核并予以结题. 国家自然科学基金(自生长锆氧纳米纤维增强 SiC 气凝胶的可控制备 及隔热性能研究 51402176):该项目制备出强度为 7MPa 以上,杨氏模量 150MPa 以内,密度 0.1~0.2g/cm3 ,长效耐温 1500℃以上的自生长锆氧纳米 纤维增强 SiC 复合气凝胶,2018 年3月国家自然科学基金委对该项目审核 并予以结题. 江苏省科技计划项目(碳纤维增强碳化物气凝胶材料关键技术研发 BE2014128):2018 年3月10 日专家组对该项目验收,认为: 该项目完成 了碳纤维增强碳化物气凝胶材料关键技术研发,制备出无氧条件下长期稳 定使用温度为 1500℃的碳纤维增强碳化物气凝胶系列产品…… . 山东省科技计划项目(轻质耐高温隔热的纳米纤维增强气凝胶陶瓷材 料2013YD02046) :

2018 年6月23 日验收专家组对该项目验收, 认为: .….. 项目制备出强度>

6Mpa,密度 0.1~0.2g/cm3 、耐温 1200℃的Zr-O-Si 复合气 凝胶陶瓷材料……在军民两用领域得到应用,取得了良好经济社会效 益…… .

5、行业推动作用

2015 年发起并成功主办了

2015 和2017 年两届 气凝胶材料国际学术研 讨会 .作为主要起草人参与了首个气凝胶国家标准《纳米孔气凝胶复合绝 热制品 GB/T 34336-2017》编写,在高校和科研院所类单位中排名第一.

2018 年成立中国建筑材料行业气凝胶材料重点实验室,专家对南京工 业大学在气凝胶材料方面的研究给予肯定,直接对 建筑材料行业气凝........