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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）
铁警裴志才：春运安保战线上的“老兵”******
中新网北京2月3日电 题：铁警裴志才：春运安保战线上的“老兵”
作者 邓有林
“老王，明天就立春了，最近几天风开始大了，树木上的枯枝容易吹上线路，平时还得多留意及时清理。”2月3日一大早，民警裴志才巡查到通州西站往南一公里的林场区段时，迎面撞见了北京工务段通州西林场工长王东明。
老哥俩年龄相仿，都扎根通州西站多年，林场靠近京承铁路线，虽说去年林场外侧加装了一道防护网，但确保线路通畅、列车平稳运行，两人都牵挂着安全。
今年55岁的裴志才是北京铁路公安处通州西站派出所的一名普通民警，1990年参加公安工作，33年来始终坚守在京承铁路线上，是一名扎根铁路沿线的“老兵”。
33年从警路，裴志才一步步走出了“平安心得”。维护沿线铁路安全，民警线路督导检查很重要，但也不能忽视基层群众的力量，广泛发动沿线村民共治共管，才能长治久安。朝着这个目标，裴志才走村入户，“跑断腿、磨破嘴”地开展安全宣传，长此以往他也成了辖区的“百家熟”、村民的“贴心人”。
张辛站是通州西站派出所下辖的一个驻站点，位于顺义区李桥镇张辛庄村，从派出所开车到这里需要半个小时。虽然每次线路督导检查时间紧任务重，但裴志才总要抽空到村民高老太太家坐坐，为她讲解反诈防骗常识。
铁警裴志才(左)帮助旅客 北京铁路公安局供图老太太今年70岁，是村里的留守老人，还经营着一家商店。“防范电信网络诈骗一个也不能少，老人更要常提醒，帮他们捂好‘钱袋子’。”有时候，裴志才工作太忙顾不上过去，他就定期给老太太打个电话。
从铁路沿线到站区，裴志才的工作任务有变化，但守护平安的初心始终如一。2020年，通州西站增开了密云、怀柔方向的市郊列车，通勤旅客一下子多了起来。
在日复一日的工作中，裴志才发现，和长途旅客列车不同，通勤旅客客流不大，但流动很快，旅客们大都踩着点进站乘车，候车时间很短，一旦有旅客遗落行李物品，很难第一时间归还失主。为此，勤巡视、多提醒成了他的习惯。
今年春运期间，通州西站每天发送、到达旅客列车11趟，列车都集中在早中晚上下班的时间段，每每赶上食堂开饭，他还坚守在工作岗位上。在他看来，饭可以晚点吃，但守护旅客平安不能有空档。
让在岗的每一分钟都有意义，裴志才执勤巡逻并不是走马观花的兜兜转转。时刻保持警觉，仔细观察发现，才能及时剔除安全隐患。有一次裴志才在站区出站口执勤时，发现一名瘦高个、长头发的男子通过地下通道，见出口有民警便刻意躲避，低着头紧贴身前旅客。裴志才立即察觉出异样，迅速上前拦住该男子，经询问盘查，原来该男子因涉嫌诈骗被公安机关网上通缉。
实战练精兵，多年的一线工作经历，让裴志强成了警务技能“多面手”。从站区执勤巡逻到线路督导检查，追缉网逃人员到治安打击，案件办理到内勤事务，每一项工作到了他手里总能游刃有余。
前不久，裴志才参加值乘的G915次列车抵达吉林站。旅客都下车后，他巡视车厢，发现行李架上有人遗落了一个行李袋，里面装了一打病历单和一些杂物，虽然没有贵重物品，但他还是立即联系了列车工作人员，通过病历单上的信息找到了失主。
当得知失主已经出站，而且年纪大了腿脚不好后，他便一路小跑将行李袋送到出站口物归原主。等他气喘吁吁再返回站台时，列车已变更为返京列车G916次，旅客们也已陆续开始上车。遇到有的旅客携带行李较多，热心肠的裴志才连忙上前“搭把手”，将行李搬上列车。见到带小孩的旅客时，他还不忘提醒注意站台与列车之间的缝隙。
东北的天气虽冷，但裴志才贴心的服务、温暖的话语却让旅客们感到心里很暖、很踏实。(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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