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）

六集大型电视专题片《长征之歌》将在央视综合频道播出******

　　历时两年，中央广播电视总台制作的六集大型电视专题片《长征之歌》，将于1月11日至13日，1月16日至18日在央视综合频道20:00档播出，每天一集；次日在央视科教频道21:20档重播。长征是中国共产党人的精神血脉，一代又一代中国共产党人继承长征精神，赓续红色血脉。本片以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，以建设长征国家文化公园为依托进行拍摄，讲述长征故事，弘扬长征精神，反映新长征的新成就，是一次对长征题材专题片创作的探索。

　　本片分六集，每集50分钟，共300分钟，完成片自拍量比例达70%，表现出鲜明的创新特质。六集分别是：第一集《让长征文物活起来》，第二集《跨越时空的承诺》，第三集《一条绿色生态廊道》，第四集《奇迹在万里征程闪耀》，第五集《红飘带上的诗与远方》，第六集《长征让世界读懂中国》。

　　与以往反映《长征》的纪录片不同，本片以反映长征国家文化公园建设为特点，从新时代的高度讲解长征历史，讲好长征故事和当下故事。长征国家文化公园，是“十四五”时期国家深入推进的重大文化工程。红军长征途经15个省（区、市），沿线留存了数量庞大、类型丰富的长征文物和文化资源，具有不可替代的历史价值、纪念价值和教育价值。本片结合长征国家文化公园建设的保护传承、研究发掘、环境配套、文旅融合、数字再现、教育培训等工程的要求，反映公园建设的进程，展现长征精神。

　　本片用各类文物和文化资源讲述长征，让文物说话，让历史说话，让文化说话。长征国家文化公园包含长征主题纪念馆、纪念设施和文物，覆盖了长征中的重大历史事件和重要遗址、纪念地，承载伟大长征精神。片中讲述了遵义会议纪念馆数字化保护工程，泸定桥铁链制作技艺传承，甘肃会宁红军党员登记表等。

　　本片注重故事表达，使内容有人物、有细节、有温度、有感情。当下视角切入，串联起50多个重要故事段落，表现“长征与我们”的创作理念。片中围绕当年红军的庄严承诺，讲述了今天各级党组织、广大党员干部和各族人民在以习近平同志为核心的党中央的领导下，“走好新时代长征路”生动鲜活的故事。在奋战脱贫攻坚和实现乡村振兴的过程中，湖北省郧西坎子山村党支部书记魏登殿、贵州师范大学教授熊康宁……一个个鲜活的形象，反映着时代的变迁。当年红军走过的万水千山，正被建成生机勃勃的绿色生态廊道。江津白沙长江大桥建设生态保护、夹金山下蜂桶寨大熊猫国家公园等……，展现大美中国的气象，创造人类文明新形态。在长征国家文化公园及其沿线，分布着中国各领域的重大基础设施和“大国重器”建设项目：南水北调中线工程、中国天眼……，历史上的长征与新时代的长征紧紧相连。当年长征文化一路璀璨，红色布告、标语、石刻等，成为独特的长征文化遗存。广东南雄发现了有曲谱有歌词的红军歌曲；反映长征的小说、诗歌、美术、电影等作品层出不穷；今天的中小学课本中，有关长征内容的课文共计11篇。长征文化成为我们国家宝贵的精神财富。

　　本片着重国际表达，向世界讲好中国故事。片中介绍了第一位通过著述向世界讲述长征外国人勃沙特，展示了陈云首次向共产国际讲述长征的珍贵文献，讲述了美国记者斯诺在陕北保安拍的照片，使毛泽东和中国红军的形象第一次在世界亮相，美籍医学博士乔治·海德姆见证了人民军队，成为坚定的革命者。长征让世界读懂中国，长征在人类精神家园中具有史诗意义。

　　电视专题片《长征之歌》，是各方面通力协作的结果，摄制组用长征精神拍长征。总导演闫东，总撰稿江英、刘岳、董保存等主创人员，是2016年创作大型纪录片《长征》的原班人马。在中央和地方有关单位协调配合下，与国家文化公园专家咨询委员会（专家团队）、中央党史和文献研究院、军事科学院、国防大学等单位专家合作开展创作。在疫情防控的情况下，摄制组派出外拍团队近60人分6个组到各地拍摄，外拍总素材超过400小时。摄制组跋涉15个省（区、市），111个市县，总行程45210公里；共拍摄84个人物故事、历史故事，采访217人。片中使用了33位老红军口述历史资料，本次又抢救式采访到6位参加过长征的百岁老人，其中川籍女红军赵桂英已于2022年11月18日离世，享年106岁；川籍女红军王少连已于2023年1月9日离世，享年102岁。

　　大型电视专题片《长征之歌》的播出，对于全面贯彻党的二十大精神，激励广大群众走好新时代的长征路，必将起到重要推动作用。正如本片主题曲《长征之歌》中所唱的：“长征之歌歌不断，同心结，向前方”。