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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）
驻村“第一书记”王庭秦：从农林高材生到“红林”育才人******
中新网兴安盟11月19日电 题：驻村“第一书记”王庭秦：从农林高材生到“红林”育才人
中新网记者 张玮
“到基层工作是我一直以来的夙愿。”山东汉子王庭秦如今实现了自己的愿望，接受记者采访时，声音都提高八度。
1987年出生于山东烟台的王庭秦毕业于农林经济管理专业，在挂职内蒙古兴安盟科右前旗居力很镇红旗村“第一书记”之前，他是北京林业大学人事处师资科科长、人才办秘书。
历经一年半时间，这位农林高材生成功“转型”成为“红林”育才人。
王庭秦告诉记者，2019年他曾想参与到脱贫攻坚工作中，但没能如愿。2021年年初，他再次向校方提出申请，希望参与乡村振兴工作。
虽然当时他的两个孩子一个5岁，另一个还不满2岁，但爱人深知下基层是王庭秦一定要做的事，便全力支持。
2021年4月，受北京林业大学委派，王庭秦到红旗村担任驻村“第一书记”。
红旗村地处我国14个“集中连片特困地区”之一的大兴安岭南麓山区，曾是国家建档立卡贫困村，辖2个自然屯、4个村民小组，总户数684户，户籍人口2207人。2020年6月，红旗村全村脱贫。
“这个村子地少人多，是居力很镇最大的行政村。”这是红旗村留给王庭秦的初印象。
虽然红旗村地处工业开发区，大量土地被征用，人均耕地面积仅剩1.1亩，但王庭秦的专业也有用武之地。
图为王庭秦帮村民打理大棚里的农作物。 科右前旗宣传部供图“我上学的时候每年都要到农村入户调研，所以和当地老百姓打交道并不困难。”一句“大哥大嫂、叔叔大婶儿”，王庭秦刚到红旗村，便顺利打开56户脱贫监测户的心门，“当时调研发现，一半是稳脱户，一半需要定期上门，持续观察。”
张立柱属监测对象，他家种的葡萄染上灰叶病，束手无策。王庭秦便联系北京林业大学的专家给葡萄治病，并指导其种植方法，解决了张立柱的燃眉之急。
除了帮村民们攻克产业难关，更让王庭秦记挂在心的是村里的“小苗苗”们。
“我们不仅要传播治山治水的技术、知山知水的知识、乐山乐水的文化，更要传承树木树人的精神。”王庭秦和北京林业大学派驻科右前旗的挂职团队、支教团队，利用自身专业知识，于2022年4月正式启动“生态文明启蒙计划”，覆盖科右前旗所有乡镇，为当地的孩子们“撒种、扎根”。
图为“生态文明启蒙计划”中，当地少年儿童展示他们的画作。 科右前旗宣传部供图“我们依托红旗村新时代文明实践站和红旗村草原书屋，开展图书漂流活动。”王庭秦向记者介绍，在北京林业大学、中国林业教育学会、韬奋基金会，以及首都大学生等社会爱心人士的捐赠下，“红林流动图书馆”落成。
王庭秦解释道，选用“红林”这个名字，是为了纪念北京林业大学与科右前旗10年携手的情谊，更寓意着“览书林，阅篇籍”之意。
“生态文明启蒙计划”启动后，北京林业大学、北京市海淀区等各单位支教老师、挂职干部，以及社会志愿者50余人，自驾车装载图书、画笔、投影、电脑等物资，走入田间地头、草原深处，为农牧区嘎查(村)的少年儿童讲解红色革命故事、绿色生态知识，并带领孩子们进行生态环保实践等活动。
王庭秦说，“小”心思最抚人心。“在居力很镇红心村，有个孩子主动要为志愿者老师们表演节目，以表达他的感谢；阿力得尔苏木拉斯嘎嘎查喜欢画画的小朋友，将特别的画作送给老师……”
北京林业大学支教教师翟星辰是哈尔滨工业大学和耶鲁大学联合培养的博士生，同样出生在小县城里翟老师将自己的成长经历分享给孩子们，“他们也树立起要努力考上好大学的理想，坚定了自己能行的决心。”
“生态文明启蒙计划”启动至今，已筛选1000余册适合少年儿童阅读的书籍，赴6个乡镇9个嘎查(村)开展了14场活动，400余个家庭的500多名少年儿童受益。
2023年4月，王庭秦驻村“第一书记”的任职便要到期，但“生态文明启蒙计划”还将继续。他希望未来与有关单位合作，形成可推广的志愿活动机制。
“建立一支持续壮大的志愿队伍，开发一系列优质的科普课程，惠及范围更大的少年儿童，创立一个不断发展的志愿服务品牌。”王庭秦如是许愿。(完)
（文图：赵筱尘 巫邓炎） [责编：天天中] 阅读剩余全文（）  视觉焦点
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