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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）
二十大代表风采丨香江蓝天“护卫先锋”王海旭：“发发必中”构筑空天盾牌******
中新网北京10月13日电 题：香江蓝天“护卫先锋”王海旭：“发发必中”构筑空天盾牌
记者 郭超凯
盛夏子夜，一场多军兵种检验性模拟对抗演练在香港东南方向拉开帷幕。驻香港部队某分队装备车辆集结编队，迅速抢占阵地、做好战斗准备、静待“敌机”入网。
党的二十大代表、驻香港部队某部分队长王海旭 驻香港部队供图突然，目标雷达上出现多个亮点，“敌机”分批次、多角度、短间隔向发射阵地进袭。
“目标贴近海面向我飞行，接近抗击最低点……”听着作战参谋焦急的报告声，党的二十大代表、驻香港部队某部分队长王海旭一言不发，目光死死盯着雷达显示器。
“3发导弹，连续抗击！”终于等来最佳制“敌”时机，王海旭一声令下，导弹精准“击中”目标，再一次续写分队组建以来“发发必中”的光辉战绩。
从西北边陲，到白山黑水，再到香江之畔，王海旭把铿锵脚步谱成忠诚音符。
足迹几乎在边境线画了一个圈
2004年，王海旭从内蒙古赤峰以优异成绩考入国内一所“双一流”大学。谈及儿子，父母满是骄傲与自豪。谁曾想，王海旭入学不到一年，就被一张征兵海报点燃了携笔从戎的梦想。他不仅背着父母“偷偷”报了名，还主动申请到新疆戍边……
西北边陲的漫天风沙没有让王海旭心生退却，反而让他坚定了矢志报国、建功军营的信念。他铆足劲摔打自己、磨炼自己、提高自己，很快崭露头角，第二年便考学提干。毕业分配时，本来有机会选择到经济发达城市或离家较近地区工作，但王海旭又“自讨苦吃”地把自己“折腾”到了东北边防一线……
2019年12月，王海旭和妻子张晶玮刚刚结束6年的爱情长跑，步入婚姻殿堂。新婚燕尔的王海旭突然接到上级通知：选调驻香港部队某部工作。
这次去香港，不仅要面临夫妻两地远距离分居，还要面对全新的环境、全新的岗位、全新的挑战，王海旭心想：作为丈夫，选择照顾家庭是情理所在；但作为军人，祖国有召唤，我义不容辞。
出生于内蒙古，当兵在西北，提干赴东北，选调到香港，王海旭的足迹几乎是在祖国边境线画了一个圈。
党的二十大代表、驻香港部队某部分队长王海旭 驻香港部队供图“就算大海捞针也要给它捞起来”
对于防空兵来说，及时发现目标、准确识别目标，才能稳定跟踪目标、精准打击目标。
2020年，王海旭带队赴华北某地执行打靶任务。受海面天气、浪涌、风速等自然因素影响，海杂波使雷达屏幕一片雪花，从中识别目标犹如大海捞针。
“只要打赢需要，就算是大海捞针也一定给它捞起来。”王海旭专门成立技术攻关组，天天铆在海边阵地上，搜集数据、分析波形、研判规律，有时说梦话都是技术参数。
功夫不负有心人，在上千组数据对比分析中，原本杂乱无章的雷达噪点图变得有章可循，海杂波对弹炮系统的影响也被一一找出。在地空模拟对抗中，王海旭带领分队精准识别责任区内十余批空中目标，综合评分位列前茅。
过去，王海旭一直在西北、东北等内陆地区执行防空任务，来到香港这个滨海环境，过去引以为傲的“拿手活”也遭遇到了陌生地域的“拦路虎”。
看到分队荣誉室里一枚枚沉甸甸的奖牌，凝视着导弹“发发必中”的纪录，王海旭暗下决心：归零从头学，整装再出发。他反复翻看教材，笔记密密麻麻记了3大本，一些干部骨干都被他问得“不耐烦”。3个月下来，王海旭对分队数十种专业如数家珍，数十台装备性能参数都“一摸准”“一口清”。
2021年7月，西北大漠深处精兵云集、硝烟弥漫，某实弹战术演习的“压轴大戏”拉开战幕。轮到王海旭所在分队实弹射击时，突然刮起了沙尘暴，顿时狂风大作，黄沙漫天。
突如其来的恶劣天气极大地增加了实弹射击难度，射击窗口期只有短短20多秒，所有人心里都捏了一把汗：打还是不打？
就在大家思忖着可能会因为天气条件恶劣而放弃实弹射击时，话音器里传来王海旭坚定的命令：“发射！”
瞬时，3枚导弹刺破苍穹直冲云霄，十几秒钟后目标雷达回波信号消失：3发全中！“打的就是极限！”
党的二十大代表、驻香港部队某部分队长王海旭(右一) 驻香港部队供图以头雁高飞带动群雁振翅
“一枝独秀不是春，万紫千红春满园。”在王海旭看来，自己过硬不算本事，关键还得带出过硬团队。
为了营造浓厚的谋战研战氛围，王海旭在分队广泛开展向战场学、向科技学、向官兵学、向厂家学、向兄弟部队学“五学”活动，创新开设军情研究室，带头走上讲台当教员，带领骨干逐个专业、逐台装备学习钻研。
有时，为了验证一个动作的可行性，白天，王海旭钻进兵器车，反复试验操作；晚上，他复盘历年对抗视频，一帧一帧看，不放过任何细节。
“找分队长？去阵地。”官兵们都说，无论是休息日还是节假日，王海旭总是在阵地上“泡着”。就连宿舍也被他装点成了“私人阵地”——一本本防空作战书籍、一个个地空导弹模型、一张张模拟抗击流程满带“战味”。
一次，导弹测试班用近4个多小时才测出的300多项导弹数据，王海旭一眼便发现了电压参数存在异常，比标准值高出了0.2伏。这让干了8年导弹测试的班长深感惭愧，不由得叹服分队长的“火眼金睛”。
头雁高飞带动群雁振翅。这些年，王海旭带头攻关，创新“融入体系尽远侦、区分火力同步打、集火抗击重点防”等一批新战法，研创“夜间微光标定法”等小革新、小发明76项，其中濒海地区抗海杂波防空等3个战法被上级授予战法创新奖。
军旗猎猎耀香江，使命如虹催征程。王海旭道出了一代代驻港军人的铮铮誓言：“香港有我，请党放心！”(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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