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）

职业院校需要什么样的劳动教育******

　　畦面松土、控制株距、取穴盘苗定植……近日，金华职业技术学院园艺专业学生宋李一，在学校的实验农田里播种油菜种子。“每次上劳动教育课我都满怀期待，到田间种地很有意思。”宋李一兴奋地向记者讲述着同学们如何完成锄草、翻土、挖渠、施肥的种地任务。

　　2020年3月，中共中央、国务院发布《关于全面加强新时代大中小学劳动教育的意见》(以下简称《意见》)，提出要“紧密结合经济社会发展变化和学生生活实际，积极探索具有中国特色的劳动教育模式，创新体制机制，注重教育实效，实现知行合一，促进学生形成正确的世界观、人生观、价值观”。

　　这对以就业为导向、以服务为宗旨的职业教育来说是一个新挑战。近日，中青报·中青网记者采访了多所职业院校，了解到这些院校充分挖掘专业课程中的劳动元素，全面覆盖日常性劳动、生产劳动、服务性劳动，劳动教育课不仅让学生觉得有意思更有意义。

　　挖掘专业中的劳动元素

　　刚上大一时，就读于遵义职业技术学院食品智能加工技术专业的罗光平觉得上劳动教育课就是打扫卫生，“没什么意义”。在除草、清扫校园的过程中，该校老师会带领着学生识别杂草，要求学生熟练使用除草工具，一学期结束后至少认识20种杂草。

　　罗光平渐渐认识了许多常见的杂草，也懂得了这些杂草的价值和功效。正在读大二的罗光平改变了最初的看法，“劳动教育课很有意义，不仅学到了实用的知识，同学们交流协作一起劳动，大家的关系愈发亲密”。

　　“城里来的学生没用过锄头，一种杂草也不认识。”遵义职业技术学院思想政治教育部部长陈良万说，设计“社会性劳动—校园绿化松土清除杂草劳动课”，一方面想提高学生的劳动技能，另一方面也想让学生在劳动中获得最实用、最贴近生活的知识，“这门课也被评为贵州省100个劳动教育优秀教学案例”。

　　在包头轻工职业技术学院的校园里有10多亩田地，这里是食品生物与检测系葡萄酒生产技术专业学生的劳动基地。新学期，该专业的每个学生都分到一小块责任田，同学们以小组形式完成规定区域的葡萄种植，学期末还有种植成果展览。

　　教育系的学生和内蒙古自治区非遗传承人学面塑，乳品农牧工程系学生做冰淇淋，食品生物与检测系的学生做蛋糕……包头轻工职业技术学院发挥课堂主阵地作用，充分挖掘专业课程中的劳动元素，强化实习实训课程中的劳动体验。

　　“找准学生的兴趣点和兴奋点，让劳动教育变得有意思，不仅能够吸引学生的眼球，还能够吸引学生的心，劳动教育课也就能够达到好的教育效果。”包头轻工职业技术学院志愿服务指导中心主任陈芳介绍，2020年4月，该校启动劳动教育课程建设工作，成立了劳动教育教研室，开展教学、课程、师资、教材、实践基地建设以及理论研究等工作，将劳动教育全面纳入人才培养方案。

　　在距离金华职业技术学院8公里外的郊区，有一片541亩的实验农田，这里是该校农学院学生们的实践教育基地。金华职业技术学院农学院园艺专业教师姚刚介绍，基地不仅有现代化的大棚、水塘，还有教具、智慧教室，这里也成了农学院学生开展劳动教育的乐园。

　　把6亩荒地变成沃土，这让宋李一获得了满满的成就感，亲眼见到阳光玫瑰、红美人柑橘的培育过程，让宋李一觉得“特别新奇、有趣”。在开垦荒地的过程中，宋李一发现看似简单的翻土、挖渠，也讲究技巧和办法。老师布置任务，宋李一和组员们一起想办法，分工协作，克服一个又一个挑战，“现在播种结束了，我时常惦念我种下去的油菜长得好不好”。

　　金华职业技术学院农学院院长谢庆勇说，在现代农业蓬勃发展的当下，“我们仍然让学生体验传统的耕作方式，意在让学生传承实践院训‘从劳力上劳心’的精神品质”。

　　把劳动意识融入日常

　　新冠肺炎疫情当下，包头轻工职业技术学院采取线上线下相结合的教学方式。据了解，返乡同学可以帮父母做家务、干农活，也可以参加志愿服务活动，通过拍摄短视频、撰写劳动日志的方式，完成劳动教育实践课获得学分。

　　家住内蒙古通辽市开鲁县的何紫微家里养了17头黄牛。零下20摄氏度的寒冬，天刚刚亮，何紫微就起床来到牛棚，一锹接着一锹铲了满满一车草。何紫微先把牛槽中的杂物扫干净，再一点点添草喂牛，“一次不能添太满，不然牛就会把草拱在槽外面”。

　　有种土豆的，喂羊的，还有给父母做饭，帮忙做家务的，包头轻工职业技术学院辅导员姜峰说，有的学生手忙脚乱给父母做了一顿饭后，知道了父母的不易，“开展劳动教育的目的不是为了让学生干活，而是想让学生学会感恩，尊重他人的劳动成果”。

　　如果平时走进包头轻工职业技术学院学生的宿舍楼，能看到每个宿舍都被打扫得干干净净，脸盆、牙刷、毛巾摆成一条线，牙刷头甚至都朝向同一个方向。这背后是该校采取“劳动教育理论+岗位劳动锻炼+社会服务活动”模式开展劳动教育，全面覆盖日常生活劳动、生产劳动、服务性劳动，实施“2+1+X”课程学分考核。

　　遵义职业技术学院则把劳动教育纳入学院人才培养全过程，贯穿家庭、学校、社会各方面，与德育、智育、体育、美育相融合。以课程教育为主阵地，以实践育人为基本途径，紧密结合学校和学生实际，注重教育实效，实现知行合一。

　　“强化劳动教育正是新时代赋予职业教育的使命。”教育部职业技术教育中心研究所研究员姜大源表示，《意见》对新时代劳动教育提出的新要求，对作为不同于普通教育而是以就业为导向、以服务为宗旨的另一种类型教育的职业教育来说，必定是一个新挑战：强调“质与量”并重的劳动精神培养，建立“内与外”协同的开放共享机制，注重“知与行”合一的劳动素养发展，都需要与之配套的课程、教材、教法和教师培养的改革与创新，都需要新思考、新措施、新路径。

　　中青报·中青网记者 石佳 来源：中国青年报