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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）
内蒙古沙漠里开出年宵花 “沙漠蝴蝶兰”入万家******
(新春走基层)内蒙古沙漠里开出年宵花 “沙漠蝴蝶兰”入万家
中新网鄂尔多斯1月12日电 题：内蒙古沙漠里开出年宵花 “沙漠蝴蝶兰”入万家
中新网记者 张玮
距离春节还有10天，中国各地的年宵花拉开热销大幕。
《2023年宵花城市排行榜》显示，2022年12月最后一周，年宵花线上销量环比涨幅高达60%。目前已上线的近80款年宵花中，蝴蝶兰“热力”名列前茅，北京、广州、佛山、深圳、上海、西安等城市的蝴蝶兰销量均闯入前3位。
无论作为热门年礼，还是不少人的“心头好”，具有“洋兰王后”美称的蝴蝶兰从大漠“开进”千家万户。
2019年，中国第七大沙漠--库布齐沙漠腹地建起中国北方最大的蝴蝶兰基地，让原产自热带雨林国家的蝴蝶兰在大漠里花开正艳。
图为年宵花产品。 盒马花园供图库布齐沙漠地处内蒙古自治区鄂尔多斯市境内，这里光照充沛，昼夜温差大，地下水源洁净，为培育蝴蝶兰提供了优良的自然条件。
具有输欧标准的连栋智能温室大棚，设有一万级无菌蝴蝶兰组培中心和自主培养基地，以及成立蝴蝶兰杂交、克隆组培的研发团队……2022年9月，位于鄂尔多斯市杭锦旗的沙漠盒马村正式挂牌，一期占地面积约4.4万平方米。
沙漠盒马村培育研发中心蝴蝶兰组培负责人刘金婵介绍，引进优质品种后，科技人员开展组织培养，把蝴蝶兰的花苗抽梗。“蝴蝶兰抽梗后，能让一支梗培育出1000株蝴蝶兰。”
蝴蝶兰组培的无菌环境要求非常严格，堪比医院的外科手术室。接种室的技术人员在玻璃操作台前，为蝴蝶兰的芽做着“克隆手术”，以达到增殖的效果。“整个环节，人的皮肤组织不能接触幼芽。”刘金婵如是说。
图为接种室的技术人员为蝴蝶兰的芽做“克隆手术”。 盒马花园供图娇贵的蝴蝶兰“婴儿期”就要生活在瓶子里，从母瓶到子瓶，一共需要在玻璃瓶中生长8至12个月，但它却在科研人员的精心照拂下，具备了抗性强、生命力旺盛、花朵艳丽、花期长的新品种特性。
“沙漠蝴蝶兰”基地的花每天要享受12个小时的“日光浴”，并采用荷兰、以色列等国家的培育技术，让蝴蝶兰种苗全部“住”在恒温的可移动式植床上。
数据显示，蝴蝶兰组培中心成立近3年，可年产蝴蝶兰种苗1000余万株，每年研发、推广10至20个新品种。目前，“沙漠蝴蝶兰”基地有220多万株种苗，100多个蝴蝶兰品种。
如今，“沙漠蝴蝶兰”的成功培育打破中国“南花北调”的现状，可以实现反向输出，将内蒙古的蝴蝶兰调运至上海等基地，进行催花，最终开进千家万户。
图为“沙漠蝴蝶兰”组培中心。 盒马花园供图做过小学音乐教师的“90后”张佳磊，如今是这些“沙漠蝴蝶兰”的“奶爸”，看着这些争奇斗艳的花朵，作为当地人的他感叹，以农牧业为主的杭锦旗曾是国家级贫困县，没有特色农业品牌。“能在北方沙漠里种出热带、亚热带地区的高附加值植物，且达到规模化和产业化，这对当地来说可谓是个奇迹。”
目前，“沙漠蝴蝶兰”基地有当地产业工人、管理人员共计150人，人均月收入可达5000元人民币。
盒马花园负责人履言介绍，随着物流运输条件成熟，“沙漠蝴蝶兰”从内蒙古运到北京，甚至比云南鲜花北上用时更短。
履言说，“沙漠蝴蝶兰”基地计划用3到4年的时间，扩建至现有面积的3倍，同时完备科技设施、加强科研实力，提高产量，将重年宵场景的蝴蝶兰变为四季销售。(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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