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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）

风雪边关路 千里送温暖******

　　春节前夕，本报记者随西部战区机关工作组看望慰问边防哨所官兵——

　　风雪边关路 千里送温暖

　　■本报记者 彭 亮 通讯员 彭小明

　　“穿上这身装具，站哨巡逻冷不冷？”春节前夕，记者随西部战区机关工作组来到海拔5380米的神仙湾哨所，看望慰问一线执勤官兵，为大家办实事解难题。工作组成员摸了摸战士身上的新式装具，嘘寒问暖细致入微。

　　边防哨所节日战备准备得怎么样？福利待遇政策落实成效如何？工作组领导告诉记者，近年来，党中央、中央军委和习主席高度重视边防建设，军地各级相继推出一系列惠军利兵举措，边防一线练兵备战、官兵生活条件等发生巨大变化。为进一步解决边防官兵训练执勤等方面存在的问题，西部战区按照“突出边防一线、倾斜艰苦地区”原则，专门抽组训练、政工、保障等要素，成立联合工作组，赶在春节前赴边防哨所看望慰问官兵，深入做好保生活、保战备工作。

　　翻雪山、过达坂、进哨所……驱车抵达某边防连时，夜幕已降临。此时，室外气温低至-24℃。记者看到，车刚停稳，工作组成员就兵分多路，直奔目的地——战区某处处长顾坤走进锅炉房，查看连队饮用水和暖气供应情况；某处参谋史诺走进制氧站，了解制氧装备性能和战备用氧基数；某处副处长张野峰来到班排宿舍与官兵围坐在一起，询问了解探亲休假、训练伤病等情况……该连连长张军深有感触地说：“工作组来之前就明确，不搞迎接、不听汇报，他们想到哪里、想了解什么就直达现场。”

　　“随着国家经济社会快速发展，各级大力推进边海防建设。如今，路、氧、暖、网、房都越来越好了！”谈及边关旧貌换新颜，已在高原一线坚守10年的二级上士扎西加参告诉记者。这些年，他亲眼见证巡逻走的砂石路变成柏油路、连队从土石房搬进阳光板房、营区从“信息孤岛”到用上无线网络……

　　守好边关，身体健康是基础，安心用心是关键。某边防连列兵马礼渊初上高原，脸上还没有标志性的“高原红”。工作组成员、某处处长杨柳青和军医一起，召集马礼渊等4名新兵，为他们普及高原病防治常识，介绍应急救援经验。大家拉家常、谈心事，很快打成一片。

　　“首次在高原过年，有什么期待？”面对记者询问，新兵们不仅想与家人视频通话、观看春节联欢晚会，还纷纷主动请缨参加站哨巡逻。交流结束，在工作组建议下，边防连队哨所下一步将加大对新战士全方位成长的帮扶力度。

　　战区主战，主责主业是备战打仗。一路上，工作组收集整理应急备战、管边控边等方面矛盾困难，以便结合新年度工作谋划统筹解决。某哨所海拔5046米，官兵乘车执勤巡逻要经过宽仅3米、多达27道拐的4公里陡坡。为此，战区专门就修建这条边防巡逻路作了下一步安排。该连指导员鲁文高兴地告诉记者：“听说上级计划拓宽升级这条路，全连官兵都很期待。以后无论执勤巡逻还是生活保障，都会更加安全方便。”

　　风雪交加挡不住浓浓真情。连日来，工作组一行顶风冒雪，深入被中央军委授予“喀喇昆仑钢铁哨卡”荣誉称号的神仙湾哨所和天文点、河尾滩、班公湖等边防点位，行程上千公里，一路走访慰问、一路解难纾困。在海拔6050米的无名山口，工作组接连遭遇险情，大家纷纷下车破冰除雪、清理路障。“在这么艰苦的环境里，官兵天天要执勤巡逻，多不容易啊！”一位工作组成员动情地说。

　　“感谢你们辛苦的付出、艰巨的付出、光荣的付出！”大雪封山，某哨所进出不便，工作组领导通过视频慰问坚守战位的官兵。视频中，哨所官兵的呼号声盖过了窗外呼啸的风声：“请组织放心，我们一定牢记职责、不辱使命，坚决完成好各项任务！”

　　据悉，在现地走访慰问的基础上，西部战区党委机关还通过安排一次上门走访、寄送一封慰问信函、拨打一个拜年电话等方式，了解边防一线官兵及家人的困难和需求，并送去新春祝福。截至目前，他们已协调西部7省(区、市)和新疆生产建设兵团共79个全国双拥模范城(县)慰问一线边防部队，帮助解决官兵看病就医、子女入学、法律纠纷等困难300余个。

　　(本报西藏阿里1月17日电 解放军报)

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）