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）
【我们这十年@坐标中国】“基建狂魔”出圈，打造基建速度名场面******
中新网北京10月10日电 题：“基建狂魔”出圈，打造基建速度名场面
记者 李金磊
中国为什么会被世界称为“基建狂魔”？看看这些名场面就明白了。
9小时改造火车站 马斯克惊叹
“基建狂魔”的速度有多快？眼睛一闭一睁，9个小时过去了，一座火车站改造完了。
这座一夜之间“换血”的火车站是福建龙岩火车站，由中铁四局施工。2018年1月19日18：30，随着现场总指挥一声令下，1500余名工人同时上阵。要在9个小时内完成火车站的大改造，施工时间非常紧张。
此次龙岩站站改拨接施工为I级封锁施工，共包含4个龙口，7个拨接工作面3组道岔拆除、3组道岔插铺的施工。机器轰鸣、火星四溅，密密麻麻的工人有条不紊分工协作，画面犹如电影大片。
最终，1月20日凌晨2点多，经过近9个小时的紧张奋战，工人们圆满完成了道岔拆铺、拢口拨接、信号换装I级施工，龙岩站站改拨接顺利完成，漳龙铁路、赣龙铁路、赣瑞龙铁路、新建南龙铁路顺利接入龙岩站新站房。
龙岩站9小时完成大改造。 中铁四局供图龙岩站站改拨接是南龙铁路管线内最大的一次拨接，此次拨接为南龙铁路开通奠定了基础，南龙铁路建成通车后两地通行时间缩短至1.5小时。
9小时改造火车站的场面让世界再次为中国速度折服。美国企业家埃隆•马斯克也在社交媒体上为其点赞，并感慨：“中国在先进基础设施上的发展要比美国快100多倍！”
8小时拆完589米立交桥
“基建狂魔”的速度有多快？眼睛再一闭一睁，8个小时过去了，589米长的立交桥拆没了。
一夜之间被拆除的是江西南昌龙王庙立交桥。这座立交桥建于1992年，在2017年被拆除时已经“服役”了25年。
之所以要拆掉它，是因为这座立交桥属于“单纯式”立交，随着南昌交通的发展，龙王庙立交桥已经不能满足车辆通行的需要。所以，要拆除旧桥建新桥。
但是拆桥困难重重，该桥位于主城区，交通流量大，不能长时间封闭，总工期不到60小时，工期极其紧张，而且工程量大，全桥长589米，宽16米，最高处达7.6米，同时地下管线复杂，施工稍有不慎就会对沿线1000多户居民用水用气造成影响。
但这难不倒“基建狂魔”，中铁四局派出了200余台挖掘机同时作业。在桥两侧一字排开的挖掘机伸出长臂，就如一只只蚂蚁，努力啃食钢筋水泥，拆除现场蔚为壮观。最终，一夜之间这个庞然大物就消失了。
南昌龙王庙立交桥进行拆除作业现场。中铁四局 供图“中国效率”又一次惊艳世界。英媒不禁感叹：“这就是我们所说的效率！”
“基建狂魔”创造的名场面还有很多：
在重庆，上演五桥同转的“空中芭蕾”，5座全长383.5米、总重达21500吨(相当于1.5万辆小汽车)的大跨度混凝土梁式桥梁，完成88度的转体，最终实现精准对接。
在厦门，3万吨客运站“走起来”平移了288米，还来了个90度转身，成功上演最牛“搬家”。
在武汉，10天建成火神山医院，12天建成雷神山医院，让世界再次见识到中国的基建速度。
在东南沿海，“基建狂魔”集结两万多名建设者，建成55千米长的港珠澳大桥，这是世界最长的跨海大桥。
在西北沙漠，仅用时三年多建成和若铁路，“圈住”了塔克拉玛干沙漠，将和田群众出疆路程缩短1000多公里。
逢山开路、遇水架桥，“基建狂魔”的成绩有目共睹，他们不断连通，将全国各地连为一体。
这十年来，高速铁路营业里程由不到1万公里增加到4万公里，高速公路里程由9.6万公里增加到16.9万公里，让中国拥有了全球最大的高速铁路网、高速公路网。
“基建狂魔”为什么这么快？
这些不可思议的名场面，“基建狂魔”是怎样创造的？
参与一夜拆除立交桥项目的中铁四局洪都大道总工程师李青杠认为，中国基建速度之所以这么快，一是中国基础设施审批工作效率高，从立项到审批、建设，各部门全力推进。二是中国有强大、全系统的制造业，基础设施建设所需的原材料资源丰富。三是科技引领力不断增强，工艺工装创新不断加快工程建设速度。
中国基建，标定中国速度。“基建狂魔”，擦亮强国底色。(完)
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