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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）

（新春走基层）24年春运里的坚守：以小家“咫尺天涯”换万家团圆******

　　中新网温州1月18日电(黄慧 范凡)又是一年春运时。近些天，人潮涌动中，不计其数的游子带着对家乡浓浓的思念，踏上归家的旅途。但对浙江温州站客运值班员王燕波而言，为了守护万家团圆，她与“近在咫尺”的家却是“远隔天涯”。

　　今年春运是王燕波加入浙江交通集团金温铁道公司后的第24个春运。作为土生土长的温州人，过去的24年春运期间，她一年不落地坚守在岗位上。

　　回忆这些年的春运历程，其中包含万般滋味，有为候车早产孕妇接生的紧急，有在寒潮来袭时通宵值守维持秩序的艰辛……多次考验之下，王燕波也逐渐成长为一名业务精通、细致周全的春运守护人。

　　“列车马上就要检票了，请旅客们排好队。持儿童票、临时身份证的，请走人工通道……”1月17日6时30分，温州站检票口传来王燕波熟悉却又略带沙哑的声音。随着返乡客流高峰到来，她都会在车票开检前5分钟，穿梭在排队的人群里，提醒检票注意事项，确保大客流能快速进站上车。

　　作为客运值班员，她的主要工作就是负责班组工作安排、旅客候车引导、处置突发情况等。多年的春运经历，让她不仅能顺利化解一切“疑难杂症”，在工作中还总是多想一步、多走一步、多说一句，做旅客“暖心人”。

　　6时55分，候车厅准时响起K2906次列车的停检广播，乘坐K944次列车的旅客们立马蜂拥而上，将应急检票通道堵得水泄不通。“2906还有一个！还有一个！”这时，对讲机传来安检口的呼叫。

　　“大家请让一让，把应急验票通道让出来！”“行李往边上挪一挪！”王燕波立即开始清理应急通道，确保晚到的旅客能顺利上车。“早上这两趟车是接连检票，而且K944次客流比较大，K2906次停检这一会，应急通道就会被K944次的大客流堵住，所以通道清理很重要，每一秒都是关键。”

　　王燕波说，“春运如同‘赛场’，需要争分夺秒地守护好旅客出行之路。”在她口袋常装的小本子上，记录着每天开行的车次和人数，重点标注出大客流列车，根据客流灵活调整开检时间。除了类似K2906次、K944次列车需要短时间内组织大客流上车外，她还用贴心服务温暖着旅客出行。

　　某一次，王燕波接到一名年迈老人的求助，老人独自返乡，买不到铺位，她迅速联系列车长，并送老人上车，为老人办理补票手续。由于老人携带现金不够，使用的又是老年机，她毫不犹豫地垫付了补票费用。

　　春运期间，王燕波总会“扎”进候车室，举起喇叭，提醒旅客正在检票的车次和做好防疫措施。工作空档，她也会拿着喇叭去广场引导，提前组织旅客进站上车，缓解高峰压力。一天下来，她平均行走超两万步，说上千句话。

　　王燕波还有着另一个身份——温州站客运党支部委员。同事们都习惯称呼她为“波姐”，因为她就像知心姐姐那般温暖着身边的每一个人。

　　“波姐，挺不好意思的，现在春运大客流，但我父亲肺炎住院，老婆也感染了，小孩没人照顾，我能不能申请年休？”刚升级当爸爸的客运员兰福熠纠结了很久，还是拨通了王燕波的电话，语气中尽是无奈。

　　“你放心照顾家里，工作的事，别担心。”挂上电话，王燕波就开始忙着人员排班，可怎么排都还差一个自助设备引导员。

　　正当她愁眉不展时，处于高中寒假期间的儿子自告奋勇说：“要不我去当志愿者吧，暑运的时候你们教过我如何使用自助设备。”就这样，人员问题解决了。值岗当天，王燕波早早带着儿子到站，开展岗前培训后才放心去忙自己的事。看着儿子淹没在人海，王燕波担忧之余，眼底尽是欣慰。

　　春运期间，大家常常一忙就忘了吃饭。王燕波只要得闲，就替岗各个岗位，安排班组人员轮流吃饭，而她自己的午饭断断续续到下午两点多才吃完。她开玩笑道：“这是健康饮食，少食多餐。”

　　夜幕降临，最后一趟列车作业完毕后，王燕波终于脱下已被汗水打湿的防护服，踏上去往医院的路。谁也想不到，每天最早到岗、最晚下班，照顾到每一个人的王燕波，其实一直都在单位和医院两头跑，照顾因肺炎住院已八十多岁高龄的父亲。

　　在金温铁道公司，还有许许多多个“波姐”。她们提前到岗、延迟下班，加班加点只为确保旅客运输平安；她们舍弃小家，和同事们并肩作战，坚守一线，只为守护万家团圆。(完)

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）