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）
北京铁警刘鹏颐：春运路上的“守护人”******
中新网北京1月12日电 (邓有林)1月11日，春运第5天，北京南站乘车旅客明显增多。在北京南站东落客区的进口外，温度低至零下，天刚微亮，刘鹏颐和同事就走上岗位，他们穿着厚实的冬执勤服，认真地对进站旅客进行身份核查。
期间，一名老人行动不便需要坐轮椅进站，刘鹏颐见状马上小跑过去，帮助家属将老人从爱心通道护送进候车大厅。
刘鹏颐今年35岁，是北京铁路公安处北京南站派出所执勤警务一队队长。今年是他参加公安工作的第11个年头，他也将在岗位上度过第5个春节。
北京铁警刘鹏颐为旅客提供帮助 毕雨晨摄 摄刘鹏颐家住北京通州，回家仅需1个小时的车程，但投身守护平安春运的大潮，他成了万千旅客团圆路上的“逆行者”。春运是铁路民警一年中最忙的时候，但这种忙碌很有意义，每次接到旅客报警求助，看着旅客着急，他也着急，为旅客排忧解难后目送旅客踏上归途，他才放心。
候车大厅东侧有一间警务室，执勤民警办公休息都在这里。“刘队年轻，有责任心，工作时他都在站区一遍遍地巡逻巡视，总有使不完的劲”，执勤一队队员陈晨和刘鹏颐年龄相仿，平日里工作搭档默契，在他心里，刘鹏颐是朋友也是榜样。
中午时分，派出所食堂将盒饭送到了执勤室，刘鹏颐是最后一个回来吃饭的。他坐下的第一件事是从腰间取下电台放在桌前，方便有警情时能第一时间回应出警。执勤室里没有多余的杂物，办公桌内侧整齐地摆着一排正在充电的电台。饭吃到一半，电台里传来警情，一个小男孩在站区和家人走散了，刘鹏颐放下饭盒，拿起电台一边询问孩子的衣着特征，一边快速走出了执勤室。
“春运车站旅客多，小孩调皮，父母稍不留意就会走散了”，这样的求助警情时有发生，刘鹏颐处理起来游刃有余，他先联系了车站广播，发动旅客帮助寻找，然后又部署队员分头行动，重点留意卫生间和商铺，很快孩子就找到了。
火车站不同于其他公共场所，旅客丢了行李，有家人走散了，如果不能尽快帮助他们找回来，就会耽误行程。为此，刘鹏颐工作中一直坚持两个信条，接警要快，处警要准。快源自于责任心，准靠的是长此以往的工作经验。
北京铁警刘鹏颐(右) 毕雨晨摄 摄有一次，刘鹏颐接到旅客王某报警，称其候车期间丢失了一个笔记本电脑，具体丢失位置想不起来了，由于列车马上就要检票了，王某十分着急。安抚王某情绪得知他的行动路线后，刘鹏颐和队员分头前往安检处和候车区寻找，最终在候车座椅上找到了王某遗落的笔记本电脑。
作为派出所执勤警务一队队长，刘鹏颐深知表率作用的重要性，工作总是干在前、冲在先。
2022年，在他的带领下，全队共抓获网逃15人，位居全所第一。“百日行动”期间，他和同事陈晨在北京南站东进站口巡视时，查获了一名被公安机关网上通缉的在逃人员张某。通过审查，张某交代，他准备乘坐高铁前往安徽，还约好了程某和刘某一同前往。随后，按照张某的指认，刘鹏颐在站区找到了程某和刘某。经查，三人均因涉嫌严重扰乱公共场所秩序被安徽警方上网通缉。
“百日行动”后，刘鹏颐被授予个人三等功的荣誉。从警以来，他已荣获个人三等功2次，个人嘉奖4次，优秀共产党员3次。
今年除夕，刘鹏颐还将在岗位上度过。虽然不能回家陪伴家人，但和同事们并肩作战，守护团圆的万家灯火，也别有一番年味。(完)
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