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）
直击2023年春运首日首趟离京列车载客归乡******
中新网北京1月7日电(徐婧 杜燕)“G6701次列车邯郸东方向旅客，请从第三、第四两个检票口同时检票进站，出门右转12站台上车，检票进站时请全程佩戴口罩。”1月7日，是2023年春运的首日。5时许，在北京西站第七候车室，乘坐当日北京首趟始发列车的旅客手持身份证，通过闸机准备上车。
图为G6701次列车工作人员在站台合影。 中新社记者 贾天勇 摄7日，2023年中国春运开启，持续40天，到2月15日结束。据北京交通部门预测，铁路、民航、省际客运进出京总量将达到2536万人次，日均63万人次。其中，铁路方面，北京地区预计发送旅客993.4万人。
归乡之旅弥漫着“年味儿”。福字窗花、小兔子挂饰、喜庆的红色冬青果摆件……透过这趟春运首日开往邯郸东的列车车窗，记者和拎着行李一同上车的旅客们已经感受到满满的春节氛围。
图为G6701次列车工作人员装饰布置车厢。 中新社记者 贾天勇 摄整装待发的乘务人员佩戴手套、口罩、眼镜的防护“三件套”迎接每一位旅客。登上列车，廊上悬挂着回顾2022年的红色海报，许愿墙上写满了旅客对2023年的美好期望。列车长还为旅客送上吉祥兔胸针小礼物和温馨祝福。
中国铁路北京局集团有限公司(简称“北京局集团公司”)石家庄客运段倾心乘务组列车长高敏介绍，为迎接春运，铁路部门在安全保障、优质服务、疫情防控等方面做好了充足准备，列车还为旅客准备了年历等小礼物，不仅为旅客提供平安、有序、温馨的乘车体验，也让回家的旅途多一份纪念。
图为旅客在北京西站进站乘车。 中新社记者 贾天勇 摄“早起来赶第一趟列车，心情很好。”发车前，袁女士告诉记者，妹妹即将订婚，今年自己和丈夫提前回老家过年。二人携带的行李箱里，装着给父母买的小家电，还有奖励孩子的汽车模型。
同车的小伙儿秦志帅和哥哥则“轻装上阵”返乡。“带了几个N95口罩，准备回家呆10天，多陪陪爷爷奶奶。”他说，最近一段时间，看到身边的人对疫情的心态都越来越平和，“大家不再那么紧张了，从北京到邯郸也很近，这次回家很放心。”
除在列车运行途中加强消毒频次、实时提示旅客佩戴口罩等措施外，高敏称，已充分做好大客流的安全预想，并将通过更新服务理念、提升服务形象、优化服务内容，不断提升旅客的乘车感受，使旅客出行体验更美好。
图为G6701次列车工作人员装饰布置车厢。 中新社记者 贾天勇 摄5时34分，北京首趟首发G6701次列车缓缓从北京西站发出，2023年春运大幕正式拉开。随着天渐破晓，一些候车室被旅客和大大小小的行李填得越来越满。
“京味儿”藏在行李箱。今年26岁的芦女士来北京工作已有两年，她在候车室告诉记者，这次回甘肃老家，自己特意买了一盒北京稻香村的糕点，准备给家人尝鲜。此外，还带了备用的感冒药等。她说，因为距离比较远、乘车时间长，之前过年回家需要做几次核酸，今年明显方便多了。“回家后先和爸爸妈妈一起准备年货，今年除夕一家人将在一起看春晚，吃一顿火锅，现在想一想已经很幸福了。”她笑着说。
在候车室内，记者看到，保洁人员不间断对各类设施进行清洁消毒，即便是人员密集的站厅，垃圾桶周围并无杂乱现象。
记者从北京交通部门了解到，春运期间，北京各车站将加强站车通风消毒工作，对候车室、售票厅、车厢等处所，每日做好预防性消毒。对卫生间等密闭场所加强通风，对卫生间、扶手、闸机等重点部位加强消毒，确保为旅客提供干净整洁健康的旅行环境。
6时许，保洁员刘昭琼正在候车室的座位间穿行，依次打扫窗台、地面和垃圾桶。她今年春运期间依旧计划在工作中度过，接下来的40天将是她一年中最忙碌的时候。虽然已经三年没有回湖北老家过年，她说，“新的一年，最重要的是有个好身体，和孩子一起朝着目标继续奋斗。”(完)
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