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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）
二十大代表风采丨“燃灯校长”张桂梅：为国育才 为孩子们点亮梦想******
中新网丽江10月8日电 题：“燃灯校长”张桂梅：为国育才 为孩子们点亮梦想
中新网记者 韩帅南
十月，地处滇西高原的丽江夜晚已吹起瑟瑟秋风。晚上9点，丽江华坪女子高级中学校长张桂梅走进每一个班级巡课。经过走廊时，她细心检查每所卫生间，将亮着的灯关闭。“我时常叮嘱孩子们要节约，但这些灯不需要她们来关，让她们安心读书。”节俭、时刻牵挂着山区的孩子们，这已是她多年的习惯。
1996年，张桂梅主动申请来到偏远的华坪县任教。在教学和家访的过程中，她看到了山区孩子对知识的渴望，同时也发现不少山区女孩因为贫困而辍学。这时起，张桂梅就有了一个梦想——创办一所免费女子高中，用教育阻断贫困代际传递。
随后的几年中，她为了筹建学校省吃俭用，四处奔波。“但我发现只凭自己的力量是建不起这所学校的。”张桂梅告诉记者。
转机出现在2007年，在党的十七大上，张桂梅作为党代表勇敢说出了自己的梦想。次年，在各级党委、政府和社会各界支持下，全国第一所公办免费女子高中——丽江华坪女子高级中学(简称“华坪女高”)正式成立。
图为张桂梅正在巡课。 韩帅南 摄华坪女高建校初期，条件设施简陋，教师经验不足，学生基础较差。面对沉重的教学任务，多位教师选择了离职。
“我发现剩下的8位教师中有6位是党员，于是我为了鼓舞他们，就带着他们重温入党誓词，唱红色歌曲。”张桂梅坚信，只要有党组织和党员在，就没有克服不了的困难。这样的气氛也逐渐带动了学生，学生也会跟着一起唱红歌，学习更充满动力。
张桂梅经过思考，提出了“党建统领教学，革命传统立校，红色文化育人”的教育理念。此后，她带领师生唱红色歌曲、忆红色历史、塑红色课堂……在华坪女高，学生的作息被控制在分秒，学习的时间被利用到极致。
“女高招收的学生大多基础比较差，我们得靠着这股拼劲儿，才能实现走出大山的梦想。”张桂梅称。
每天早上5点，张桂梅会用一个小喇叭“吼”学生们起床；深夜，在陪伴学生们自习结束后，她才入睡。十余年来，她被肿瘤、肺纤维化、小脑萎缩等多种疾病缠身，但依然坚持用自己的方式把2000余名大山里的女孩送进全国各地的大学。
“华坪女高的教育方式曾受到外界质疑，但事实会说话。”张桂梅说，该校的大部分学生在进入大学后成绩依然优秀，有不少学生在毕业后选择了人民警察、医护、教师等岗位，以自己的方式为建设祖国出一份力。
张桂梅举例，华坪女高的一位毕业生在从军多年后返校看望学妹。分别时，在校学生说，“学姐你放心走，将来我们也会参军，报效祖国，守护一方平安。”讲到这里，张桂梅红了眼眶，“我在帮助这些学生的同时，她们也在不断给予我力量。”
张桂梅说，华坪女高培养出来的学生勤奋刻苦，有理想，有信念，知道自己是为了什么而读书。
多年来，张桂梅坚持无私奉献，像一束希望之光，照亮山区孩子们的追梦人生。她被尊称为“燃灯校长”，也收获了“全国脱贫攻坚楷模”荣誉称号、“七一勋章”、全国道德模范荣誉称号等荣誉。但张桂梅认为，这些荣誉不属于她一个人，属于共同付出的所有党员和群众。
“我的身份不会改变，会一直坚守初心，继续守护这些山里的孩子，让她们飞出大山，再将希望之光带给更多人。”张桂梅说。
2022年，张桂梅再次当选党的二十大代表。“可以近距离聆听党中央的声音，让我感到无上光荣；同时，我要把二十大的声音带回给山里的党员，一起完成好党的任务，这又是一份沉甸甸的责任。”
“只要我还有一口气在，我就会为党育人，为国育才，让学生们成为合格的社会主义接班人。”张桂梅坚定地说。(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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