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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）

（新春见闻）复兴号折叠时空 成都与大凉山“双向奔赴”******

　　中新社凉山1月17日电 题：复兴号折叠时空 成都与大凉山“双向奔赴”

　　中新社记者 王鹏

　　17日上午11点，经过3小时车程，一列复兴号动车缓缓停靠西昌西站，站台瞬间拥挤起来。成都游客姜亮一家四口走进阳光里，开始了春节度假。“我们就是来大凉山晒太阳的！”他笑着说。

　　1个多小时后，彝族青年拉冲坐上同一列动车，向400多公里外的成都疾驰而去。春节临近，这位舞蹈演员要去省城参加表演。他透露，随着新成昆铁路全线通车，公司在成都的演艺业务多了起来。

　　2023年春运，开通不久的新成昆铁路将时空距离折叠，成都至凉山彝族自治州首府西昌的火车旅行时间，由10多个小时缩短至3小时，造就了成都与大凉山的“双向奔赴”。

　　列车上，遇到汉语讲得不好的彝族老乡，26岁的彝族列车员吉克日古会用彝语进行交流。他说，这条铁路全线通车好几天后，仍不敢相信，“像做梦，因为凉山人对这条铁路渴望太久了，以前的慢火车太慢了。”

　　吉克日古所说的“慢火车”，是建成于1970年、曾开创13项世界铁路之最的成昆铁路。几十年来，它是中国西南山区的物流大通道。开行于这条铁路上的绿皮火车，是彝族娃娃们的“校车”，也是彝族百姓的“赶集车”，更连接着山外的世界。

　　“以前坐老成昆铁路到成都，要十几个小时，雨季经常断道，很不方便。”吉克日古说，随着时速160公里的新成昆铁路全线开通，大凉山多了一条对外大通道，“外面的人更方便进来了解凉山，彝族人走出大山也更容易。”

　　对成都市民姜亮来说，新成昆铁路是一条“阳光旅游专列”。“成都冬天阳光很少，很早就想来西昌晒太阳，但太折腾。”他说，复兴号把大凉山和成都连接了起来，使“好耍”的成都人到西昌旅游成为一种日常，“周末想走就走”。

　　成都人涌入大凉山，给当地旅游业带来了大量客源。在邛海边经营民宿的林帆说，自新成昆铁路去年12月26日全线通车，酒店几乎每天满房，绝大多数客人来自成都，春节假期也早已订满。

　　这场“双向奔赴”，对成都人来说也许是多了一个旅游目的地，出行更便捷。但对大凉山的彝族人来说，意味着更多。

　　“大山外的人能进来，大山里的人能出去。”在彝族姑娘曾静看来，虽已摆脱贫困，但对彝族人来说，“这是一条通向更广阔的世界的路”。

　　长期在凉山表演的拉冲感触更深。“以前去成都表演，火车慢，汽车堵，飞机贵。现在3小时动车直达，超级方便。”这位23岁的彝族青年，今年可能将第一次在成都过年，“也许以后我们还会去北京表演。”说起未来生活，他眼里闪着光。

　　新成昆铁路的受欢迎程度，从车票销量可窥一斑。列车长高翔透露，通车以来一直是“春运状态”，每天十余趟成都往返西昌的动车均满员，需提前几天抢票。吉克日古也告诉记者，通车以来，很多彝族乡亲好友问他，“日古，我怎么买不到票？你能帮我买到吗？”

　　从小在彝族村落长大的吉克日古，求学时常乘坐慢火车，正是看到制服笔挺的列车员，才立志去铁路工作。如今已穿上制服成为复兴号列车员的他，知道自己的故事被很多彝族乡亲用来鼓励娃娃，“好好读书，像吉克日古一样，长大后去大山外的世界。”(完)

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）