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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）
古法榨糖涅槃重生 “甜蜜”产业助乡村振兴******
(新春走基层)古法榨糖涅槃重生 “甜蜜”产业助乡村振兴
中新网宁德1月26日电 (余汕康 陈容)新春佳节期间，福建省宁德市蕉城区赤溪镇黄田村里，合作社糖蔗种植基地和古法榨糖体验中心随处可见工人收割糖蔗、加工红糖的忙碌身影，空气中糖香四溢。
在黄田村古法榨糖体验中心内，一架木制水车在水流带动下高速运转，并带动上下两个石碾转动碾压一根根新鲜甘蔗。随之，鲜甜蔗汁顺流而出，青绿色的蔗汁沉淀后，便被搬运到灶台进行煮糖。
村民采收甘蔗。 余汕康 摄煮糖灶，是一个巨大的土台子，上面排列着五口铁锅，前一后四。“根据糖水的饱和程度不同及灶腔内前后火力不同，依次调整不同铁锅中的糖汁。”煮糖师傅称，蔗水越煮越稠，水分蒸发殆尽，等到锅内糖浆含水量在十分之一以下时，便可起锅。
起锅火候的掌握，最见功夫。只见煮糖师傅先将手浸于凉水中，赤手快速伸入锅中挖出一小团沸腾的糖浆，再迅速放入凉水中，在水中用手不断揉搓。片刻，一粒略带温热、糯润香甜的“糖蛋”便跃然手掌间。起锅后，师傅将红糖分装，再撒上花生和芝麻，一块块成品红糖便制作完成。
打包红糖。 余汕康 摄“平常春节买糖都认准来自黄田村的红糖，香味醇厚，甜而不腻，没想到榨糖工艺这么精细且复杂。”宁德市民吴女士春节期间带着孩子来到黄田村体验古法榨糖工艺后啧啧称奇，“与孩子一同榨糖不仅增进亲子感情，还能了解榨糖的传统工艺及历史，我觉得很有意义。”
种蔗历史悠久的黄田村，所产手工古法红糖久负盛名。然而，在现代机械化制糖工艺的冲击下，工艺繁杂的黄田村古法榨糖产业也曾一度沉寂。
古法红糖成品。 余汕康 摄为振兴古法榨糖产业，黄田村建成集古法榨糖生产加工、手工体验、文化展示、旅游观光等功能于一体的古法榨糖体验中心，流转土地150余亩作为配套种植糖蔗区，实现了古法榨糖产业涅槃重生。
“黄田村大力发展甘蔗、红糖等特色产业，每年12月至次年新春时节，糖蔗成熟，糖厂就开始热闹起来，我们边制作边销售。”黄田村党支部书记、村主任黄郑为说，目前主要生产方块糖、姜糖、粉糖等多种手工红糖。
除了线下批发零售外，黄田村还尝试线上直播销售，2022年共销售手工红糖逾12吨，总产值24万元，红糖全产业链产值预计为30万到40万元。
黄田村村貌。 余汕康 摄依托赤溪千亩高优农业示范园区，黄田村由党支部牵头与企业开展“村企共建”，通过村集体投资入股、打造“订单农业”等多种新营销模式，推动“企业发展、村财增收、村民致富”三方共赢。
同时，黄田村党支部领班合作社提供蔗苗给村民种植，再向村民回收成熟作物，村民不再需要担心销路问题，充分调动了村民积极性，推动甘蔗、红糖特色产业发展。
“相比以前的单一产业结构，村子收入翻了几番。”黄郑为说，村子总收入从原来的一年十余万元，增长到如今的七十余万元，村民人均年收入达到两万多元。
散装古法红糖。 余汕康 摄乡村特色产业不仅让村民的钱袋子鼓了起来，村容村貌也日新月异。黄田村聚焦基础设施建设，实施河道清淤整治、旧街立面改造、房前屋后美化等一系列乡村治理措施，不断提升乡村“颜值”。
“我们积极推动基础设施建设，探索农文旅融合发展新模式、新业态，激发乡村振兴内生动力。”黄郑为说，如今的黄田村基础设施全面提升、村容村貌焕然一新、村民收入不断增长，实现了一个默默无闻的山区小村庄到省级乡村振兴试点村的华丽转变。(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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