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）
1.3亿次点击阅读 “双奥之城·看典”展示最美北京******
中新网北京2月21日电 (徐婧 杜燕)2月1日至20日，2022北京新闻中心“双奥之城·看典”展示活动以“一天一主题、一图一故事”的访谈形式，从百姓视角讲述人文北京、科技北京、绿色北京的生动故事。截至2月20日，“看典”活动累计直播点击和阅读量达到1.3亿次。
2022北京新闻中心举办的展示活动——“双奥之城·看典”访谈，策划了20场以北京历史文化名城保护、城市建设和社会发展、生态环境保护、社会保障和民生事业发展、冬奥情缘与冰雪运动等为主题的直播活动。
名城建设，共同守护
拥有3000余年建城史和800多年建都史的北京，是一座享誉世界的历史文化名城。这座城市不仅拥有七大世界文化遗产，还拥有伟大而壮美的城市中轴线，更有数不清的文物古迹和历史遗存，历史底蕴十分深厚。
北京独有的壮美秩序，由全长7.8公里的中轴线建立而产生。中轴线将北京城清晰地“规制”起来，前朝后市、左祖右社、坛台四环，承载的文化生生不息。在“行走在中轴线上”专场，中国文物学会会长、故宫博物院学术委员会主任单霁翔从个人的角度为观众讲解了中轴线的文化内涵，并借由中轴线向南北延伸、引领北京城市走向未来而引出“活态遗产”的概念；清华大学国家遗产中心主任吕舟为观众介绍了北京中轴线申遗的相关工作和中轴线符合哪些世界遗产技术性标准，并呼吁大家一起关心、参与到北京中轴线的保护和讲述当中，爱遗产、爱城市。
图为2022北京新闻中心2月1日至20日举办的展示活动“双奥之城·看典”。 中新社记者 刘文曦 摄城市“进化”，创新蝶变
人民大会堂、国家大剧院、北京大兴国际机场、国家速滑馆……一个个地标建筑，见证了北京在发展中不断优化城市格局，完善城市服务，建设国际一流的和谐宜居之都的轨迹。“新地标——北京城市的‘进化史’”专场上，这些地标的建筑师们介绍了建筑的诞生故事，讲述了他们眼中的城市“进化史”。
不断“进化”着的还有北京的轨道交通。地铁是城市融入现代化交通的显著标志，同时也是城市发展和科技水平的重要体现。
从2008到2022，一座城市、两段奥运缘。14年来，从奥运支线到冬奥支线，从8条线、200公里到27条线、近800公里。飞速发展的北京轨道交通不仅承载着亿万人的“奥运情”“北京梦”，也见证了“双奥之城”的蝶变。在“从北京的地下路过”主题上，北京市轨道交通相关负责人带领观众“复盘”了北京地铁的发展史，也分享了他们在北京的地铁站设计、地铁驾驶等工作中发生的有趣故事。
绿色生态，全民共享
近年来，北京的生态建设取得了显著成果，越来越多的湿地公园、优美河湖出现在市民身边，成为备受市民喜爱的休闲观光区。
2月2日是“世界湿地日”，当天的活动以“乘风破浪的‘治水人’”主题，邀请了延庆区自然保护地管理处副主任刘雪梅，延庆区自然保护地管理处科普宣教科科长李昀倩等嘉宾参与直播，与直播间的市民畅聊他们各自在保护湿地、评选优美河湖和担任“河长”的工作中发生的故事。
北京日报报业集团记者叶晓彦介绍，随着优美河湖评定工作的开展，这一评定正在从专业化向大众化过渡，也正有越来越多的市民群众能够参与河湖治理和保护的工作中来。共治、共管、共享，北京美好的生态环境是大家共同参与维护的结果。
冰雪之上，圣火“飞扬”
在“双奥之城·看典”的直播间里，有冬奥会和冬残奥会的火炬火种灯的设计者，也有服务冬奥保障的工作者，还有努力推动冰雪进校园、推进实现“三亿人上冰雪”目标的民间奥运文化的推动者。他们在“双奥之城·看典”中讲述了自己与冬奥、与冰雪的缘分，与观众分享了奥运精神与冰雪运动赋予自己的激情与快乐。
2月4日是2022北京冬奥会的开幕日，奥运圣火在鸟巢点燃。当天的直播以“圣火飞扬”为主题，邀请了冬奥会和冬残奥会的火炬火种灯的设计者李剑叶，奥运特许商品销售相关负责人饶杰以及奥运藏品收藏者张文全等嘉宾参与活动，分享他们各自与奥运的缘分。
冬奥会火炬“飞扬”的设计者李剑叶讲述了在从设计到成品中自己团队经历的众多幕后故事，象征着生命力的火炬外形、体现传统文化的榫卯结构、凸显绿色理念的环保氢燃料等，回顾先进科技与中华文化在火炬上完美融合的历程。
“最密”站网，精准监测
天气是冬奥会成功举办的重要因素之一。2月9日，以“太阳照常升起”为主题的直播活动，邀请延庆区气象服务组副组长张曼，北京市气象台首席预报员、冬奥开闭幕式预报服务保障团队队长翟亮等嘉宾参与，为观众介绍了2022北京冬奥精准气象服务使用的创新科技，以及冬奥气象保障里有关监测、科研和预报的“奥秘”。
据介绍，北京在“十里不同天”的海陀山建设了17套自动气象站、4套便携自动气象站的地面监测系统，还在赛区建设了S波段天气雷达、激光测风雷达的垂直监测系统，完成了延庆赛区周边38套自动气象站的升级改造工作，组建的“三维、秒级、多要素”的气象综合监测系统，是目前冬奥会历届赛事中最为稠密的监测站网。
截至2月20日，“双奥之城·看典”活动累计直播访问量达8105.7万次，累计网络点击率达突破5000万次，直播点击和阅读量达到1.3亿次。未来，北京将用更具时代气息和人文关怀的美好与繁荣，向世界展示“双奥之城”的独特风采。(完)
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