点击右上角
微信好友
朋友圈
请使用浏览器分享功能进行分享
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）
这个特别的日子普京单膝跪地，致辞释放三大讯息******
中新网2月3日电 (记者 孟湘君)纪念碑前敬献花圈并默哀，音乐会上发表致辞，会见爱国与青年组织代表……
日前，以这样的方式，俄罗斯总统普京表达了对斯大林格勒保卫战胜利80周年的纪念。
距普京下令俄军对乌克兰展开特别军事行动满一年，只有20多天了。在这样一个战争历史和现实考验交织的特殊时刻，普京的一举一动，自然让西方媒体高度关注。它们希望搞清楚，普京究竟释放了一些什么样的重要讯息。
第一个讯息：不要忘了历史教训
2023年2月2日，普京前往曾经的斯大林格勒，追忆战争岁月。那里在20世纪60年代，更名为伏尔加格勒。
伏尔加格勒的马马耶夫山岗上，矗立着“祖国之母”巨型雕像，陈设着有长明火的荣军殿。普京步入荣军殿献花，并默哀一分钟，缅怀当年的阵亡将士。
其后，普京前往斯大林格勒战役主力战将崔可夫墓前，单膝跪地，献上鲜花。
“我们在此庆祝我国乃至全世界历史上一个最具决定性的重要日子。”
“80年前，在斯大林格勒这片土地上，在伟大的俄罗斯伏尔加河河畔，万恶、无情的敌人被永远赶了回去。”
“漫长、艰苦、激烈的斯大林格勒保卫战”已经结束。
在纪念斯大林格勒保卫战胜利80周年音乐会上，普京的致辞，勾起了俄民众对当年那场残酷战役的回忆。
1942年7月17日开始，次年2月2日结束的斯大林格勒战役，是苏联军队在约10万平方公里区域内与德国法西斯的激烈交战，双方数百万人陆续参战，以苏联获胜告终。
这场战役，因规模、持续时间和参与人数等，被评为二战期间最大战役之一，伤亡人数也创下纪录。俄罗斯卫星通讯社统计显示，纳粹德国损失约150 万人，苏联方面损失约113万人。路透社评价，这是二战“最血腥的战役之一”。
“普京在提醒世界，不要忘了战争残酷的过往”，评论指出，这是他发出的一个讯息，意在提醒和告诫西方一些人，二战的教训应一直被铭记下去。
第二个讯息：不怕西方援乌，俄有后手
不过，引起更多关注的，是普京的另一番话。他在致辞中特别指出，“这件事难以置信，却是事实——我们再次受到带十字的德国豹式坦克的威胁”。
他将此举形容为“现代面目的纳粹主义”，并进一步指出，有人“正将德国拖入新一场与俄罗斯的战争”，“我们一次次被迫击退西方集体的入侵。”
十字标记、德国坦克、纳粹主义……普京点明的这些元素有何含义，以及推动德国松口向乌提供进攻性武器的是谁，再清楚不过了。
1月25日，德国政府宣布，决定为乌克兰组建两个坦克营，第一阶段从联邦国防军库存中，抽调14辆豹2A6坦克交予乌方。
对于西方国家对乌供武问题，普京的态度早已摆在桌面上。俄外长拉夫罗夫指出，任何包含乌武器的物资，都将成为俄方“合法打击目标”。普京此次就强烈警告称，“我们有能拿来回应的，事情不是用上装甲车就能结束的”。
至于拿什么来回应，普京没有明说。但无疑，这是在向西方国家隔空喊话：你们的意图我清楚；事情还没结束；俄罗斯还有后手。总之，“走着瞧”。
俄国家杜马主席沃洛金则更直白地放话称，德国派出与俄作战的坦克将面临和80年前德国法西斯坦克一样的命运，那就是被烧毁。
德国联邦国防军退役中校罗斯也对俄卫星通讯社分析，德国对乌克兰这种供武举动，是为保持乌军作战能力和士气“不会彻底崩溃”。
因为其一，耗时间。
罗斯指出，按北约标准训练坦克手操作坦克，至少需一年，坦克本身要按应对乌战事条件的准备交付，也需时间。
其二，数量少。
这一批德国供应的坦克数量为14辆，罗斯不认为用区区14辆坦克，就能扭转战事局面。
其三，耗资源。
他表示，考虑到俄空军正有目的地销毁乌能源基础设施，而德国“豹式坦克消耗的燃料不少，乌军将“遇到麻烦”。
何况，俄军在带自动制导、侦察无人机的反坦克导弹系统帮助下，很容易将德国坦克作为目标瞄准。
罗斯反问道：“除心理影响外，目前的(坦克)交付还能带来什么样的战术价值？”
第三个讯息：新的有生力量、新的动向
在斯大林格勒保卫战胜利80周年纪念日之际，普京还会见了俄罗斯社会爱国与青年组织代表，并发表讲话。
当地时间2月11日，俄罗斯喀琅施塔得，军事历史俱乐部成员重演斯大林格勒战役。图片来源：东方IC 版权作品 请勿转载“需要生活在当下并向前看，但是不了解过去就没有未来”，“没有过去记忆的人民不会有未来”，他对参与会见的代表们说道。
普京同时表示，“所有这一切都是我们珍视的，发展和前进的基础”，“我们的首要任务是保护俄罗斯，为其继续发展和强大创造条件”。
当年参与斯大林格勒战役的，不少是十多岁、二十多岁的年轻人，而一项全俄社会舆论研究中心的调查曾显示，超过30%的俄罗斯年轻人对这段沉痛的历史，知之甚少。
资料图：俄罗斯二战老兵亮相斯大林格勒保卫战纪念活动。有分析认为，普京选择在纪念日之际与爱国与青年组织会谈，一方面是表达历史需要当代青年加深认识和传承，一方面也是为俄在乌军事行动的大规模动员造势，培养新的有生力量以弥补战场损失。
1月时，俄国家杜马国防委员会主席卡尔塔波罗夫曾表示，该国2023年春季征兵时，可能将年龄条件放宽至30岁以下。
按乌防长列兹尼科夫的说法，俄方已动员多达“50万名士兵”，尝试在2月24日对乌行动满一年之际，发动“新的重大攻势”。
列兹尼科夫称，莫斯科准备以此“纪念”俄在乌开展特别军事行动满一年。而俄方并未置评。至于新“攻势”何时到来，乌克兰局势会不会就此迎来重大转折，或许不久就能知晓。(完)
（文图：赵筱尘 巫邓炎） [责编：天天中] 阅读剩余全文（）  视觉焦点
家彩网地图 |
)