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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）

“热腾腾”的农牧民运动会******

　　【新春走基层】

　　光明日报记者 李慧 赵明昊

　　春节前夕，藏在山坳坳里的新疆呼图壁县雀尔沟镇南山牧村，开启了一场别开生面的运动会。赛马、长跑、押加、拔河、叼羊……赛场上选手激情澎湃，赛场下观众喝彩不断。雀尔沟镇冬季农牧民运动会现场，到处都是热腾腾的模样。

　　“一比零，换场地！”押加场地上的一声吆喝，吸引了记者的注意。押加也叫背向拔河，不仅考验选手的力气，还考验他们的身体协调性和观察力。挤进层层人群，只见两个身材壮硕的小伙子正互相背对着彼此，一条长粗绳子从他们两腿间穿过后套在颈部。在裁判示意下，两人俯身四肢着地，埋着头蓄势待发。“开始！”口令响起，两人猛地向前方冲去，直到其中一人把绳上的坠条拉过决胜线，比赛才算结束。

　　另一边，偌大的叼羊场地上，两方人马正策马扬鞭，飞驰在雪地上争夺羊只。他们看似混战一团，内里却暗藏不少门道：有人冲群抢羊，有人掩护卡位，形势时时更迭变换。“摔跤见力气，叼羊见勇气。”哈萨克牧民们淋漓尽致地展现了这句谚语的真谛。赛骑术、比力气、拼智慧，但更重要的是顽强拼搏的精神。

　　“南山牧村是东道主，实力强劲，不过我们有信心胜过他们，拿到最终的冠军！”刚刚赢得比赛的雀尔沟村叼羊队队长哈那提·卡白纵身下马，头上热气蒸腾。

　　“为了这次比赛，我们村每半个月就组织训练一次。队员们骑术很强，但叼羊和足球一样，要讲究彼此配合。”哈那提神采奕奕，略带骄傲地说起自己从小便享受纵马飞驰的感觉。“牧民嘛，夏忙冬闲。以前镇上活动少，现在组织了很多传统项目运动会，不仅让孩子们对祖传的技艺兴趣更浓，也让村里的凝聚力和荣誉感变强了。”

　　赛场周边，雪地摩托、雪圈、骑马、骑骆驼等多种娱乐项目，让闻讯赶来的大批游客大呼“攒劲”。捕捉到商机的各村村民们，纷纷把自家毡房搬过来，或架起炉子烤制喷香的羊肉串，或摆开大锅烹饪特色马肉抓饭，还有不少牧民拿出自家制作的熏马肉、熏马肠，吸引着游客品尝。

　　“一天收入2000块钱，忙得很嘞！往常卖一头牛才能挣上两千元。”南山牧村村民阿扎尔笑着说。她告诉记者，听闻镇上举办了运动会，村里主动帮她搭建了毡房销售农产品，“家里牲畜不多，能有一份额外收入补贴家用非常不错！”

　　农闲人不闲，农牧民运动会让各民族文化得到了传承保护和繁荣发展，也让“冰天雪地也是金山银山”落到了实处。“新疆冰雪资源十分丰富，广大群众热爱体育运动，冬季运动不仅深具群众基础和特殊优势，也是激活冬季旅游市场、助力经济高质量发展的重要途径。立足冰雪旅游资源，丰富农牧民群众精神文化生活，乡村振兴动能越来越足。接下来，我们还会举办农牧民春晚和秧歌社火等活动，通过文化旅游融合发展，不断提升各族群众幸福指数。”雀尔沟镇党委委员哈杰提·哈卖提说。

　　《光明日报》（ 2023年01月11日 03版）

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）