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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）
情暖旅途 带福回家——2023年铁路春运首日见闻******
(新春见闻)情暖旅途 带福回家——2023年铁路春运首日见闻
中新网广州1月7日电 题：情暖旅途 带福回家——2023年铁路春运首日见闻
作者 郭军 胡靖 黄春强
“受疫情影响，已经两年没回湖南过年了。今年在云南当兵的儿子要回家探亲，趁此机会，我们一家人说好了今年一起回老家过个团圆年。”在广东打工的郭先生告诉记者。
1月7日，2023年全国铁路春运正式拉开帷幕，铁路部门客流增幅明显。广铁集团当日发送旅客112万人次，与2022年春运首日相比增长9.1%。其中，广东地区各大火车站发送旅客76万人次，与2022年春运首日相比增长15.7%。
今年春运，为了旅客出行的体验更美好、更温馨，粤港澳大湾区各大车站纷纷推出系列暖心措施。
1月7日9时15分，深圳北站阳光洒落，人潮涌动。
“对你说声新年快乐……”深圳北站候车室内，欢快的音乐响起，6名迎春花服务队员，从各自的服务岗位往大厅中央汇集，送上一段欢快的舞蹈快闪，旅客们纷纷驻足观看。
书法家为回家的旅客写春联送祝福 陈俊彦 摄“妈妈，这个兔兔画得好可爱，我也想要。”一个小女孩拉着妈妈的手，盯着一张“福兔”不愿离开。5名来自铁路部门的书法家，正现场书写春联赠送旅客，献上新春祝福。独创的“福兔”惟妙惟肖，成了旅客们的“抢手货”。
一张张“福”字，一副副春联，汇集成爱心的河流。“回家的路上没想到能收到‘福’字，这份祝福太暖心了。”黄女士展示着手里的“福”字，兴奋地自拍起来。
10时10分，广州南站候车室大厅内，一座“流动的博物馆”开馆迎客，不少旅客停下匆忙的脚步，细细品味旅途中的文化大餐。
记者了解到，这是广州铁路博物馆举办的“能流动的博物馆、会说话的老物件”主题展。粤汉铁路的百年股票、新中国成立前的铁路手提信号灯、不同年代的火车票等212件珍贵藏品，首次在高铁站与旅客“零距离”见面。
“这个主题展好有趣，我现在才知道车票的背后，藏着铁路创新发展的变迁史。”听完讲解员的讲解后，旅客鲁先生掏出手机，对着展品拍照留念。
“能流动的博物馆、会说话的老物件”主题展在广州南站展出 王玮 摄与此同时，广州南站携手广州医科大学团委开展“情暖回家路防疫伴你行”公益活动，邀请10名医疗人员坐诊，为有需要的旅客进行免费义诊，并向来往的旅客宣传科普防疫防病知识和健康常识，同时派发铁路职工设计的“防疫四字经”文创书签，让旅客的旅途更安心。
“这服务真贴心，没想到在车站候车还能免费享受义诊。”在东莞某电子厂工作的赵小姐说。
10时40分，广州火车站候车室的“038”服务台前，一场“今年春节，想见你”快闪节目正在上演，为旅客送上一份旅途惊喜。
新春临近，为生活、为梦想在外拼搏奋斗的人们，渐渐踏上返乡的归途。广州火车站组织青年职工，为候车的旅客精心准备了系列节目。活动在朝气蓬勃的舞蹈《一起向未来》中拉开帷幕，职工们吉他弹唱《晴天》《不再犹豫》等歌曲，还为旅客准备了礼仪秀。
活动现场，不少旅客被喜悦的气氛所感染，忍不住跟随音乐一起摇摆、一起高歌，并纷纷掏出手机记录这美好的瞬间。车站的候车室内，铁路职工还为旅客准备了春联、福字等小礼物。
“过年就要一家人团圆在一起，热热闹闹才过瘾，这春联是我今年收到的第一份礼物，太有意义了。”来自湖北襄阳的旅客王先生告诉记者，因为工作原因，他已经两年没回去与家人团聚了，当天他将搭乘广州火车站始发的K643次列车回家。(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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