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）

词、联贺2023年元旦******

　　编者按

　　新年伊始，万象更新。值此佳期 ，野草诗社、玉坛诗书画苑 的诗人挥毫泼墨，创作一批诗词楹联作品，现刊发部分佳作 ，以飨读者。

一丛花·辞旧

王改正（北京）

　　新元开泰 ，气象更新。仰望蓝天 ，有“祝融”探火 ，“羲和”逐日 ，“天和”遨游星辰 。玉渊潭里 ，水波澹荡；世纪坛边，鼓乐雄浑 。青鸭戏水，翠鸟凌云。可吟怀咏志 ，能悦性怡神。于是忆家山故旧，思父老乡亲 。谁来微信，我有清吟 。词曰：

　　迎新辞旧又年终 ，岁月太匆匆。家山微信乡愁苦，举瑶杯，泪眼濛濛。榆麦桑麻 ，思怀父老 ，情意寄三农。

　　长河一带水溶溶 ，舞步伴琴声 。天和舱外清清月 ，照苍民 ，仰望星空。待到春来 ，桃红柳绿 ，都爱嫁东风 。

鹧鸪天·癸卯迎春曲

李伟亮（河北）

柳影烟花隔岁真 ，流光暂许得闲身 。斟来一盏屠苏酒 ，醉了千家烂漫春 。

风点卯，福敲门。诗章吟罢长精神。东邻弹曲西邻唱，年味浓时雪色新。

釆桑子·迎新年

姚琳莉（浙江）

波水粼粼倒垂杨，桅影轻航。流光徜徉，烟雨幽幽话清凉。

四海倾行来去忙，怎费思量，尘事端详 ，云淡风轻无短长 。

鹧鸪天·元日

李小华（四川）

回首壬寅辞虎年 ，征程又 是著雄篇 。恢宏谋略环瀛誉 ，不朽功勋日月悬 。

迎玉兔 ，启新元。生机无限报花鲜。吉星争耀高峰越，癸卯莺鸣喜占先。

沁园春·元旦吟哦

蒲 俊（四川）

　　玉兔开新，辞岁倾怀，兴绪万千 。忆九天建站，六英嘉会 ，亿民纳福 ，四景尧天。赤县神州 ，大街小巷 ，七彩流光紫气诠 。运筹略，复兴宏图展 ，景焕无边 。

　　宇寰路带波连，迭互利 、双赢百卉妍 。颂雄师烈武，海天亮剑，东方崛起 ，科技争先 。五岳崔巍，大江浩荡 ，一代时英始志坚。号角响，再追双百梦 ，勇往无前。

蝶恋花·元旦抒

文光焰（四川）

雪霁梅开香入户。腊破春回 ，又是经年暮 。游子思归南北路 ，屏传祝愿兼思语。

陌上明朝莺燕舞 。莫叫流光，总被闲愁误。且把诗心随酒煮 ，研花入墨新元赋。

巫山一段云·元旦

冯星辽（四川）

雪润梅娇艳，风催绿渐肥。家家年味绕罗帏，游子已当归。

万树抽新蕊，千山起翠微。春风报喜入柴扉 ，天地永生辉。

玉堂春·早梅初绽

邹慧萍（宁夏)

早梅初绽，鹊踏新枝呼伴。已是春还 ，似水韶光 。岁岁年年，暑往寒来去，借问谁堪日月长 。

紫燕归飞殷切，春深春浅翔 。旧垒人家，识得东风好，桃杏离离倚画堂。

破阵子·冬尽春归

何晓晴（宁夏)

三载浑如旧梦 ，一朝雾散烟霞。心绪悠悠涤过往，意念沉沉连海涯。驱魔须有槎。

冬育生机无限，春临蓬勃新鸦 。天地仁慈常忘我，日月从容一任嗟 。人声似水哗 。

渔家傲·年关

丁丽君（山西）

清弦弹雪和茶煮 ，徐徐翻检年归处，九曲痴心难了悟。频自顾，几多词赋朝还暮 。

待绽寒梅凝瑞露 ，听来激越风中鼓 ，逐浪排云驱瘴雾 。红韵舞，诗魂且待同春住 。

清平乐·元旦

王文荣（天津）

惠风和畅 ，曲曲春歌荡 。聚力凝心齐志壮，逐梦催征号响 。

钟美绿水青山 ，新岁新地新天。强国宏图绘就，再书特色雄篇。

赵永生（北京）

特色凝香春焕彩；

初心织梦锦添花。

刘能英（北京）

花簇乡村融合路 ，

春描区域协调图 。

韦树定（北京）

一路春风 ，万里程如虎添翼 ；

百年使命 ，千秋业见凤呈祥 。

高寒（武汉）

嘉政答升平 ，喜福满河山，虎尾肃清三载疫；

丰年腾气象，看花喧街陌，兔毫描绿一枝春 。

张连玉(湖北)

描绘蓝图 ，凝心聚德，共圆中国梦；

催征金号，立志攻坚，际会大康庄。

魏春彩(湖北)

众志成城，经雨御风 ，人类愿新冠远去；

励精图治，翻天覆地，神州迎玉兔归来。

黄汉民(湖北)

红旗高举 ，祖国雄威好景 。

青龙独尊，航天俊杰欢欣 。

李玲(湖北)

梅开岁尽 ，恭迎兔至虎归顺；

雪舞新年 ，福启春来疫疾消 。

张凤先（四川）

沐雨经风斐然伟业铭华夏，

雄关漫道踔厉前行上玉阶。

谢光华(湖北)

高擎二十大旌旗 ，不负初心，开创未来圆国梦 ；

竞发万千帆沧海，犹怀壮志 ，迎新除旧喜春风。

李荆江(湖北)

天问星繁，轮回四季更新拓 ；

地求疫绝，转换三观做大攀 。

海平君（山西）

十里春风萦好梦

一枝兔管写新诗

常丽红（山西）

红日大光，绘就蓝图凭圣手 ，

黎元伟业，筑成好梦待春风。

常旖格（山西）

奔月神舟邀玉兔 ，

撒花丝路舞金龙。

马煦乔（山西）

山川瑞气盈万户，

日月祥光照九州。

孙渝泽（山西）

金杯祝岁乾坤大，

玉兔迎春日月新。

李雨乐（山西）

红梅傲雪扬佳气 ，

玉兔迎春布紫云。

宋佳月（山西）

梅向金光勤报喜，

燕寻翠柳乐开颜。

韩存轩（山西）

玉兔豪光生紫气，

金龙捷足入青云。

姚宣羽（山西）

瑞雪飘飘含韵到 ，

红梅点点咏春来 。

李沐阳（山西）

红梅贺岁满堂彩，

白雪迎春万事兴 。

杨凯焱（山西）

喜居宝地千年旺，

福照吉门万事兴。

杨子煜（山西）

雪花滋润红梅艳 ，

紫气升腾绣户祥 。

　　组稿 ：何云春 李方舟

　　审稿：王改正 张 宁