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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）
赏花观展享文创 北京市属公园76项活动庆新春******
中新网北京1月18日电 (徐婧)记者18日从北京市公园管理中心获悉，今年春节期间，北京市属公园、国家植物园及中国园林博物馆准备了“民俗新春、新春红色游、冰雪游园会、新春赏花、新春观展、科普互动”六类共76项精彩活动，陪伴市民游客度过佳节。
市属公园环境布置全部到位
在景观布置方面，近2万盏红灯笼扮靓市属公园、国家植物园及中国园林博物馆的主要门区及场馆，近1500面道旗、600个福字、中国结让游客在公园里体会红红火火的节日氛围。除此以外，北海公园、中山公园、景山公园、国家植物园、北京动物园等公园，还展摆了春节特有的主题小品，让中国传统文化和园林景观完美融合。
春节期间，市公园管理中心推出“民俗新春、新春红色游、冰雪游园会、新春赏花、新春观展、科普互动”六类、76项精彩活动，陪伴市民游客度过热闹温馨的新春佳节。
图为北京动物园新春小品景观。 北京市公园管理中心供图天坛公园、北海公园、中山公园、香山公园、北京动物园、陶然亭公园、紫竹院公园将开展向游客送福字活动，送去新春祝福与问候；中国自古便有敲钟祈福的传统，寓意风调雨顺、吉祥如意，香山公园在节日期间将敲响位于香山寺、碧云寺一南一北两座寺院钟楼的大钟，通过钟声传达祝福；景山公园在万春亭一层平台开展迎春纳福活动，游客可选购福条、福牌，书写新春寄语悬挂在纳福架上，取个好彩头。北京动物园和玉渊潭公园还将分别发售兔年生肖纪念门票及春节纪念门票。
假日期间，香山公园、中山公园及陶然亭公园将开展红色文化活动。香山公园节日期间每天10：00、14：00在双清别墅、来青轩开展两场“金牌讲解员带您共话香山古今——打卡首都红色旅游新地标”活动；中山公园利用官方微博直播新春红色小课堂，讲述来今雨轩革命活动旧址的红色故事；陶然亭公园节日期间开展“陶然红色记忆”线上导览活动，通过公园微信公众号，以文字加线上有声导览相结合的方式，为游客讲述陶然亭的红色记忆。
图为玉渊潭公园环境布置。 北京市公园管理中心供图六个花展将在春节期间开放
春节期间，北京市公园管理中心第九届冰雪游园会继续开展，颐和园、北海公园、陶然亭公园、紫竹院公园及玉渊潭公园的冰雪活动仍在火热开展中，邀市民享受园林中的冰雪活动，过一个快乐健身的新春佳节。
同时，六个花展将在春节期间向市民游客开放。颐和园第十二届“傲骨幽香”梅花、蜡梅迎新春文化展将在1月18日正式开幕，展出梅花、蜡梅树桩盆景及其他植物百余盆；中山公园“四季飘香”春兰展暨北京名人名兰展、“玉兔迎春”传统精品花卉展览将在春节正式亮相；香山公园碧云寺盆景花卉展和迎春花艺展，营造出高雅大气的迎春氛围；国家植物园首届兰花展将在除夕亮相北园热带展览温室及南园展览温室，100余种万余株兰花、年宵花装扮冬日，让公园成为花的海洋。
新春观展，高雅休闲过大年。颐和园“冬日摄影与古桩盆景”摄影展、国家植物园(北园)“梦见的岁月”主题展览、北京动物园“大展宏兔”科普展览、陶然亭公园“传统民俗百科”展、紫竹院公园“日出新卯春暖兆福”——新春典籍文化展、“玉兔迎春——晁谷、舒乃仁书画展”、玉渊潭公园第十八届“春到玉渊潭”摄影比赛获奖作品摄影展等展览亮相，值得市民游客前来观赏。
图为中山公园环境布置。 北京市公园管理中心供图市属公园文创产品全面上新
科普互动活动是市属公园的一大热门亮点，这个春节，各家公园及中国园林博物馆均将呈现形式各异的科普活动，如颐和园节日期间每天上午开展的春节科普体验活动，让游客手工制作春节小礼品，梅花、蜡梅科普知识还将通过直播形式呈现给各位游客；天坛公园利用自媒体平台对公园里的福寿文化、仪树和海树、中和韶乐、祈福文化等进行科普讲解；香山公园通过手工制作纸艺花卉、观察收集冬季自然物等，让大自然的知识陪伴新春。
景山公园讲解牡丹、柏树知识，国家植物园和北京动物园分别介绍植物里的“兔子”和兔年生肖文化；陶然亭公园为游客现场讲解年宵花的养护知识；紫竹院公园、玉渊潭公园利用自媒体平台讲解公园中的植物与动物；中国园林博物馆开展“新春园居文化活动”，让游客识得园林芳谱，切身感受园林魅力，用花木共创多彩家园。
图为北京动物园鹈鹕商店推出的十二生肖集章活动。 北京市公园管理中心供图此外，春节期间，市属公园文创产品全面上新。颐和园南九卿咖啡店在春节期间推出“好事发生”及“福禄寿喜”特饮，景山公园山右里咖啡店将推出春节特色花饮，北海公园春节到元宵节特供御兔迎春糕点盒，中山公园在来今雨轩提供新春下午茶套餐，让市民在公园里感受老北京的美食文化。
北京市公园管理中心提示，节日期间各种活动参与方式，请关注各公园官方微博、微信了解更多详情。请市民游客提前预约公园门票及冰雪活动门票，扫码进入、轻松游览。(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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