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）

新时代新征程新伟业·二十大精神在基层丨帕米尔雪山下的炉边夜话******

　　新华社乌鲁木齐12月26日电 题：帕米尔雪山下的炉边夜话

　　新华社记者刘红霞、杨湛菲、邵艺博

　　推开阿卜杜加米尔·努斯热提拉家的院门，一阵悠扬的歌声传了出来。安居房里，八九个人围坐在炕床上，一位柯尔克孜族大叔用民族乐器库姆孜欢快地弹唱着。炕床旁的炉子上，奶茶飘出阵阵清香。

　　这里是位于我国西部边陲的帕米尔高原。阿卜杜加米尔家所在的新疆克孜勒苏柯尔克孜自治州阿克陶县布伦口乡布伦口村，海拔大约3300米，四面长年雪山环绕。

　　一曲唱罢，大伙高兴地鼓起掌来。坐在炕床一角的，是33岁的布伦口乡党委书记李文娟。16日这晚，她来到布伦口村走访，村民们听说了，便热情地邀请李文娟加入聚会。

　　“刚才你们弹唱得很好听，今年收成怎么样？还不错吧？”李文娟问。

　　户主阿卜杜加米尔接过话茬：“我家有两个护边员，政府每月都发生活补贴，养了三十几头牦牛，还开了民宿，今年全家人均能挣两万来块钱。到明年，我家就有四五十头牦牛了，希望(人均)能挣到两万五千块钱。”

　　“你家还开了民宿？拜克加克西！”李文娟有些惊讶又十分欣喜，用柯尔克孜语夸赞他“非常好”。

　　夜访前的当天下午，李文娟和乡里同事们召开专题讨论会，学习党的二十大精神，谋划全面推进乡村振兴。

　　“我们乡的一大短板是产业发展不够深入，只是单纯地卖牦牛肉、卖冷水鱼。”布伦口乡乡长库尔班艾力·麦麦提艾力说，“下一步要利用好我们的畜牧业资源、自然资源，延长产业链，发展好旅游，带动群众进一步增收。”

　　布伦口乡是典型的边境乡、牧区乡。村民抬头便是被誉为“冰山之父”的慕士塔格峰，近处则是颇有名气的白沙湖。乡里牧民在饲养牦牛等牲畜的同时，积极参与到民宿经营上来，加上护边的稳定收入，增收有了更多盼头。

　　家里开美容店的、孩子大学毕业后在城里公司上班的、在乡里打工的……在这个边境乡镇，不少家庭都会有灵活就业的成员，整体收入更高一些。

　　那么，明年怎么能挣得更多呢？

　　“党的二十大报告中说要实现经济高质量发展，对于我们来说，高质量发展是一分钱一分钱算出来的。”李文娟循循善诱，“你们看，苏巴什村在旅游旺季搞白牦牛骑行，一天能挣个500块钱，一年六到八个月是旅游旺季，有的老乡能挣到九万块钱。”

　　“是啊，明年我们也来试试，把吃牦牛、看牦牛、骑牦牛都好好弄一弄。”

　　“我们的民族特色《玛纳斯》说唱，也要好好给游客们展示。”

　　“我们村最多的就是石头，回头是不是建些有特色的‘石头民宿’？”

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　　乡亲们你一言我一语。院子外，不大的村落静谧安详，点点灯光为凛冽的高原夜色增添了暖意。屋子里，热腾腾的炉子旁，大家伙儿脸上红扑扑的。户主家九岁的小女儿阿依克热木·阿卜杜加米尔坐在大人中间，捧着小脸，眼里亮晶晶，似乎也在琢磨自己的来年目标。

　　坚持农业农村优先发展，坚持城乡融合发展，畅通城乡要素流动……党的二十大报告，为全面推进乡村振兴擘画了宏伟蓝图。身为党代表的李文娟从北京返回边疆后，“头等大事”就是用老百姓听得懂的语言，深入学习宣讲贯彻落实党的二十大精神。

　　夜深了，走访也接近尾声，村民们从温暖的炉边起身回家。仲冬的帕米尔高原，繁星闪烁。乡亲们的脚步，轻快而坚定……

　　(新华网)