气凝胶行业深度报告：“隔热王者”气凝胶，双碳目标开启成长赛道

创造财富担当责任股票代码：601881.SH06881.HK中国银河证券股份有限公司CHINAGALAXYSECURITIESCO.,LTD.“隔热王者”气凝胶，双碳目标开启成长赛道任文坡银河证券研究院化工团队2022.06——气凝胶行业深度报告感谢翟启迪、孟德雨、李星辰为本报告提供帮助创 造 财 富 / 担 当 责 任一、气凝胶：隔热材料之王创 造 财 富 / 担 当 责 任3•1931年气凝胶正式问世，是目前已知导热系数最低、密度最低的固体材料，因轻若薄雾颜色泛蓝，又被称为“蓝烟”；具有超长的使用寿命、超强的隔热性能、超高的耐火性能等，被誉为“改变世界的神奇材料”。•常规气凝胶比表面积~700m2/g，孔隙率95%-99.8%，均匀分布的纳米级孔隙结构几乎隔绝热传导和热对流，赋予其远胜其他传统材料的隔热性能，导热率最低可达0.012-0.016 W/(m·K)，只相当于空气的1/2。•气凝胶有很多类型，大多密度不会超过3mg/cm3；如，全碳气凝胶密度更是低至0.16mg/cm3，仅为常温常压下空气密度1/6。1.1 气凝胶被称为“蓝烟”，改变世界的神奇材料图：气凝胶形貌图资料来源：人民资讯、中科院物理所等，中国银河证券研究院指标性能热导率常温常压下<0.018W/(m•K)，固体中最低使用温度-196~650℃堆积密度0.12~3mg/cm3比表面积~700m2/g孔径尺寸1~100nm孔隙率95%~99.8%胶体颗粒尺寸10~100nm声学性能声速100m/s防火性A1级折射率1.025，接近空气介电常数<1.1，低介电常数疏水性能超疏水（接触角>150°）表：常规气凝胶性能表（不代表全部）资料来源：CNKI，中国银河证券研究院创 造 财 富 / 担 当 责 任4•气凝胶是由纳米孔洞与纳米骨架组成的三维连续多孔材料，独特的结构赋予其超强隔热性能。1.2 气凝胶结构独特，赋予众多优异性能图：气凝胶隔热原理资料来源：中凝气凝胶，中国银河证券研究院“无穷长路径”效应：气凝胶的网状骨架无限延长热传导路径，热量难以在气-固界面传导。“零对流”效应：气凝胶的孔径（20-50nm）小于空气的平均自由程（70nm）故内部空气无法自由流通。“无穷热隔板”效应：气凝胶的网络骨架形成“无穷热隔板效应”对热辐射具有遮蔽作用；高比表面积，配合特殊的反辐射物质，有效阻隔辐射传热。创 造 财 富 / 担 当 责 任51.2 气凝胶结构独特，赋予众多优异性能表：气凝胶隔热性能优于其他传统隔热材料图：气凝胶保温所需厚度低于其他材料资料来源：百度百科、CNKI，中国银河证券研究院资料来源：中国粉体网、爱彼爱和官网，中国银河证券研究院•相比其他保温材料，气凝胶导热系数最低、质量最轻，耐热温度更高。•实现相同保温效果，气凝胶厚度不足其余材料1/3；厚度更薄，散热面积更小，管线温降更低，热效率更高，同时最大限度节约空间；若地下管道保温，则大幅减少开挖量。常温导热系数/[W/(m·K)]密度/(kg/m3)最高使用温度/℃气凝胶0.0120.12~0.61000聚氨酯0.02435~40112聚苯乙烯泡沫0.03810~5072岩棉0.041180600发泡水泥0.08300~1600350硅酸钙0.05256980膨胀珍珠岩0.025~0.04840-80800高分子发泡材料<0.0310~20220羽绒（根据600D估算）0.03左右3<100创 造 财 富 / 担 当 责 任61.2 气凝胶结构独特，赋予众多优异性能•气凝胶除质轻、隔热性能优异外，还拥有众多其他优势：良好的防火性、疏水性、隔音性、吸附性、绿色环保性等。•防火疏水：可达到国家建筑材料A1级不燃标准，憎水率N98%；•持有耐候：气凝胶保温材料整体疏水，不易吸水解体，使用寿命可达10年以上，相比传统保温材料寿命提高3-5倍；•隔音抗震：气凝胶的三维多孔网络结构可起到吸声降噪、缓冲抗震的作用；•健康环保：产品已通过RoHS、REACH、ELV检测，不含对人体有害的物质；非常理想的吸附材料。资料来源：中凝气凝胶、腾讯网、岩拓官网，中国银河证券研究院图：气凝胶隔热保温外的其他性能同样优异（a植物油、b环己烷、c氯仿）创 造 财 富 / 担 当 责 任71.3 气凝胶下游应用广泛，以隔热保温为主导•由于气凝胶超强隔热等性能，早期主要应用在航天、军工和国防领域，随后逐步扩展至石化、工业、建筑、交通、日用等领域；在电极载体材料、催化材料、传感材料、纳米灭菌材料、药物释放等诸多新兴领域均有广泛研究。•目前，气凝胶下游集中在工业管道保温，如油气项目、工业隔热，以及建筑建造隔热等。随着应用领域的不断拓宽，新能源汽车、日用户外等领域市场也将逐渐打开。资料来源：埃力生官网、华陆新材官网、爱彼爱和官网、岩谷科技官网，中国银河证券研究院石油化工图：气凝胶下游应用领域热力管网新能源汽车&电池军工船舶深冷绝热电器产品建筑建造航空航天服装运动工业炉体高铁动车创 造 财 富 / 担 当 责 任81.4 气凝胶种类丰富，已成为庞大气凝胶家族• 气凝胶已经从最初的SiO2气凝胶发展成为庞大的气凝胶家族。• 根据气凝胶的外观，可分为块体、粉末和薄膜；根据气凝胶的制备方法，可分为气凝胶、干凝胶、冻凝胶；根据不同微观结构，可分为微孔（<2nm）、中孔（2~50nm）和混合多孔气凝胶；根据基体，可分为无机、有机、混合和复合气凝胶；最常用的气凝胶分类方法是通过组分来区分，可分为单组分和多组分气凝胶。• 单组分气凝胶包括氧化物气凝胶、碳化物气凝胶、氮化物气凝胶、石墨烯气凝胶、量子点气凝胶、金属气凝胶、聚合物基有机气凝胶、生物质基有机及碳气凝胶、硫化物气凝胶等。• 多组分气凝胶（复合气凝胶）是指由两种及以上单组分气凝胶构成或者由纤维、晶须、纳米管等增强体与气凝胶基体相结合的气凝胶复合材料。如，有机纤维-SiO2复合气凝胶等。组成、结构不同的气凝胶，展现出独特的性质，适用于特定的应用场景。图：气凝胶的分类与应用图谱资料来源：Chem. Soc. Rev., 中国银河证券研究院创 造 财 富 / 担 当 责 任91.4.1 氧化物气凝胶最为成熟，SiO2走在产业化前列制备方法优缺点应用范围SiO2气凝胶溶胶凝胶法SiO2是最早发明也是现阶段应用最广的气凝胶材料，其孔径范围为1-100nm，孔隙率最高可达99.8%，比表面积也可达1000m2/g，导热率可达0.013W/(m·K)，是非常理想的隔热材料，但是也存在自身力学性能差以及近红外光透过性强导致高温隔热效果不佳的缺点军工、航天、石油化工、工业隔热、建筑建造、交通运输等领域ZrO2气凝胶溶胶凝胶法ZrO2是一种高熔点、高化学稳定性、高折射率的氧化物材料，ZrO2气凝胶继承了其理化性质，同时兼具了气溶胶低密度、低热导率的特点；和SiO2相比，具有更高的高温稳定性和高温隔热性高温隔热Al2O3气凝胶溶胶凝胶法Al2O3的熔点为2054℃，高于SiO2的1723℃，因此具备更高的热稳定性，但是力学性能差高温隔热•目前氧化物气凝胶技术和应用最为成熟，在氧化物原有优良性能的基础上附加了气凝胶轻质、高孔隙率的特点。生产过程通常采用醇盐或者盐类作为前驱体，然后在酸、碱条件