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气凝胶 ：能改变世界的多功能材料******

　　展览会上展出的具有纳米多孔结构的新型材料气凝胶服装

中新社 任海霞摄

　　【走近超材料①】

　　编者按超材料具有常规材料不具备 的超常物理性质 ，是国际上重点关注的战略前沿领域 。我国也高度重视超材料技术 的发展 ，国家自然科学基金 、新材料重大专项等都对超材料研究予以立项支持 。近年来，越来越多的科研人员对超材料产生兴趣，使超材料 的设计开发进入了一个崭新的天地 。据此，本版推出“走近超材料”系列报道，展示超材料技术创新发展与产业化应用情况 。

　　气凝胶具有高比表面积、高空隙率等特殊的微观结构特点，化学性能稳定 、导热系数低、耐高温、使用温度范围广 、寿命长 。近年来 ，中国 、美国 、欧洲等国家和地区 的研究人员通过改进气凝胶制备工艺，开发出生物质基气凝胶等多种新型气凝胶。

　　气凝胶是一种超材料，它非常轻 ，即使把一块气凝胶放在花蕊上也不会将其压弯。目前，各种各样 的气凝胶被开发出来，它们或柔软或坚硬 ，或导电或绝缘，应用领域广泛 。1月10日，中铁一局集团有限公司表示 ，河南省新乡蒸汽管网项目全面通过验收。蒸汽管网对防腐、保温要求极高，其管道选用了高温离心玻璃棉及纳米气凝胶复合保温材料 。项目技术负责人汪惺说 ，纳米气凝胶隔热效果是传统隔热材料 的2—5倍 ，可极大提高施工质量和施工效率，降低施工成本 。

　　作为目前已知导热系数最低 、密度最小 的固体材料 ，气凝胶可谓 是材料领域 的“隔热王者”，并已在航天 、石化等领域应用 。比如“天问一号”探测器发动机与火星车表面 、“长征五号”遥四运载火箭发动机高温燃气系统隔热 、嫦娥四号探测器热电池防护等都应用了气凝胶 。在我国提出“双碳”目标后 ，随着技术的不断创新，气凝胶的应用场景也在进一步扩大 。

　　具有耐高温 、高弹性 、强吸附等特性

　　气凝胶 是一种纳米级的多孔固态新型材料，所有孔的体积合起来占整个气凝胶体积 的绝大多数，甚至可以达到99％以上 ，具有高比表面积、高空隙率、纳米级孔洞 、低密度等特殊的微观结构特点，化学性能稳定 、导热系数低、耐高温 、高弹性 、强吸附 、防水效果好、使用温度范围广 、寿命长。

　　“可以把气凝胶理解成多孔海绵 的一个纳米版 。”气凝胶领域技术专家王贝尔说 ，其孔径在20纳米至50纳米之间。而空气分子大小约为70纳米，大于气凝胶孔隙 的直径，因此空气在气凝胶上流动效率极低，加上气凝胶本身比热容很高，热辐射传递能降到最低，因而具有很好 的隔热性能 。

　　气凝胶主要分为无机气凝胶 、有机气凝胶和有机—无机杂化气凝胶三类 。其中，无机气凝胶是以无机物为主体 ，包括单质气凝胶、氧化物气凝胶和硫化物气凝胶等 。有机气凝胶则是以有机物为主体 ，主要包括酚醛气凝胶 、纤维素气凝胶、聚酰亚胺气凝胶 、壳聚糖气凝胶以及壳聚糖—纤维素气凝胶等。有机—无机杂化气凝胶可利用有机物和无机物各自优势，实现气凝胶特殊的功能化。

　　《科学》杂志2021年将气凝胶列为十大热门科学技术之一，并称其为“可以改变世界 的多功能新材料”。王贝尔说 ，气凝胶是《科学》杂志评选出 的十大新材料中 ，唯一一个已大规模落地于实际商业场景 的材料 。

　　气凝胶 的制备工艺主要分为两步 ，即通过溶胶—凝胶过程制备凝胶，再利用一定 的干燥方法将凝胶内的液态物质替换为气态 ，从而制得气凝胶 。

　　有数据显示，在气凝胶行业的成本结构中 ，制造成本约占45% 。苏州锦富技术股份有限公司董事长助理郑松说，降低气凝胶成本是行业正在努力 的一个方向 ，目前主要路径之一是自动化产线 的落地，而成本降低将会打开更多的应用场景。

　　生物质基气凝胶成研究热点

　　据中国石油管道科技研究中心评估，以350摄氏度蒸汽管道 的保温应用为例，相比于传统保温材料，气凝胶的保温层厚度可减少2/3，节约能耗40%以上 ，每公里管道每年可减少二氧化碳排放125吨。

　　数据显示，2021年油气领域对气凝胶的需求占总需求量 的56%，另有18%用于工业隔热 、9%用于建筑建造、8%用于交通运输。国家新材料产业发展战略咨询委员会在《2022气凝胶行业研究报告》中指出 ，在新能源汽车蓄电池芯模组中采用气凝胶阻燃材料 ，可将电池包高温耐受能力提高至800摄氏度以上。随着新能源汽车产业等的发展 ，气凝胶在新能源汽车及储能行业应用场景广泛，需求量有望持续提升 。

　　气凝胶发展迅速 。国务院发展研究中心国际技术经济研究所分析员李维科说 ，近年来 ，中国、美国、欧洲等国家和地区 的研究人员通过改进气凝胶制备工艺，开发出生物质基气凝胶 、石墨烯气凝胶 、聚合物气凝胶等多种新型气凝胶 。值得一提 的是，生物质原料来源广泛 、成本低廉 、碳源丰富，利用生物质原料制备环保型多孔碳纤维气凝胶 是一种经济 、可持续的生产方式，因此目前生物质基气凝胶也成为研究 的热点。

　　比如中国科学技术大学俞书宏院士团队研发出超弹性纤维素气凝胶 ，该纤维素气凝胶从室温到零下196摄氏度 ，都表现出不随温度变化 的超弹性 、优异的抗疲劳性等 ，在恶劣环境中具有巨大的隔热潜力。且制备中所使用 的材料均为生物质原料，有望解决能源密集型技术和石化材料造成的环境污染问题，是传统不可再生气凝胶的理想替代品 。

　　中国林业科学研究院木材工业研究所卢芸研究员团队以木材为基质，将无机、有机气凝胶与木材骨架基体复合 ，首创了第三代木质纤维素气凝胶 。通过对木材及生物质废弃物纤维素 的调控 ，将纤维素比表面积提高了7个数量级，对油污吸附能力高达自身质量的75—300倍，体积用量缩减50%—75% ，可降解、可再生。

　　气凝胶发展驶入“快车道”

　　气凝胶 的发展得到国家政策 的持续支持 。2014年和2015年，国家发改委连续两年将气凝胶列入《国家重点节能低碳技术推广目录》，开始对气凝胶进行初步推广应用；2018年6月气凝胶被列入建材新兴产业；同年9月 ，第一个气凝胶方面 的国家标准《纳米孔气凝胶复合绝热制品》发布 ；2020年 ，《气凝胶保温隔热涂料系统技术标准》启用；2021年 ，《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》提出 ，推动气凝胶等新型材料研发应用 。

　　随着气凝胶应用技术不断成熟 ，气凝胶发展进入“快车道”。不过，李维科说 ，目前气凝胶研究仍存在一些问题 ，比如气凝胶在高温条件下热导率增长较快 ，与纤维等增强基体材料 的黏结性较差；生产过程中会用到许多有机溶剂，容易造成环境污染 ；气凝胶难以回收利用，不利于可持续发展等。

　　此外 ，气凝胶生产成本高昂 ，产品价格昂贵。《2022气凝胶行业研究报告》指出，气凝胶 的生产成本主要集中在原材料硅源、设备折旧及能耗方面 。有效降低成本既依赖于制备工艺 的突破 ，也需要通过低成本原材料 的大规模产业化来实现 。

　　气凝胶是罕见 的可以同时满足防火 、防水、隔热 、隔音等多种需求 的材料。李维科说 ，气凝胶的发展和应用仍然处于不断探索 的过程，未来 的研究方向主要集中在开发纤维素气凝胶、石墨烯气凝胶 、钙钛矿结构气凝胶 、非金属单质气凝胶等新型气凝胶上。（记者 李 禾）

打卡“文明风景线” 北京地铁“文明列车”让人眼前一亮******

　　“创建文明城市共筑首善北京”“让城市更文明，让生活更美好”……近日，市民走进北京市地铁1号线八通线 、6号线、10号线地铁车厢 ，可以看到四周醒目 的创城公益广告和文明宣传语，展示首都文明风貌 的“文明列车”让人眼前一亮。

　　三辆“文明专列”由首都文明办打造，手绘风格 的海报带给乘客沉浸式的文明体验。文明驾车、文明养犬、文明旅游、清理堆物堆料 、门前三包 、垃圾分类等内容 ，引导市民群众积极践行文明行为 ，共创首善北京。

　　“文明城市大家创 文明成果大家享” 、“当好主人翁 共创文明城”、“助力创建有你有我”等标语，能够醒目的提示每一位乘坐“文明专列” 的乘客，践行文明行为。

　　车厢扶手内嵌入“创建文明城市共筑首善北京” 的文明标语以及对“全国文明城市” 的阐释，鼓励市民发挥每个人的文明力量 ，共同打造信仰坚定、崇德向善、文化厚重、和谐宜居 、人民满意的城市 。

　　车门处张贴着“文明 是城市最亮丽的名片”卡通海报，志愿者、公共文明引导员等一同点赞文明行为，让身处车厢的乘客感受市民群众齐心践行文明条例 、共同建设首善北京 的浓厚氛围 。

　　每天乘坐地铁通勤 的姜先生表示 ：“文明专列是一种时尚潮流，吸引更多的年轻人关注，在潜移默化中让文明思想浸润人心 。”在地铁站区执勤的公共文明引导员赵大姐不禁赞叹：“作为‘文明行为’ 的倡导者 ，为文明宣传点赞 ，为‘文明专列’点赞 。如今看到首都市民文明素质明显提升，人与人之间更多了和谐友好与相互包容。”

　　据了解，“文明专列”作为首都文明办持续打造的流动风景线，未来还将推出北京榜样 、新时代文明实践、志愿服务、公共文明引导等主题专列 ，助力北京建设成为世界一流 的和谐宜居之都 。

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）