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）
江苏盐都：“农二代”逐梦希望的田野******
(新春走基层)江苏盐都：“农二代”逐梦希望的田野
中新网盐城1月31日电 题：江苏盐都：“农二代”逐梦希望的田野
中新网记者 于从文
农历正月初八，江苏盐城盐都区秦南镇，秦程食品公司兔年第一锅咸鸭蛋出锅了。“很多老顾客都在等着这锅蛋呢。”“87后”总经理程彤在生产间内外忙碌着。
年产700万枚咸鸭蛋的生产间里，既摆放着一排排传统盐水腌制咸鸭蛋的大桶，又安装了两台高效节能环保型智能腌制设备。程彤说，这两台新型设备是自主研发的专利，极大地提升了咸鸭蛋的产能和品质。
潘志鹏操作大棚内的物联网设备。 谷华 摄腌制咸鸭蛋对于出生在水乡的程彤来说，是“子承父业”。程彤的父亲在二十世纪九十年代就从事鸭蛋的腌制和销售。2012年，父亲打算把蛋品厂交给程彤。当时，大学毕业后已经在南京一家国企工作三年并成为业务经理的程彤真有点不情愿：“工作在写字楼，朝九晚五，压力也不大，事业处于上升期。”然而，父亲的蛋品厂粗放的生产方式，让程彤担心“走不远”，思量再三，他还是决定回来接过父亲的接力棒。
“咸鸭蛋到处都有，蛋白过咸、蛋黄不沙是咸鸭蛋普遍存在的问题。我对蛋品市场调研后认为，要做出自己的特色，必须走差异化竞争之路，做一种不太咸、更健康的咸鸭蛋。”程彤告诉中新网记者，他联合江苏省农科院专家经过两年攻关，研发了“低盐咸鸭蛋快速腌制技术”，并获得专利。通过自主研发的智能化腌制设备，咸鸭蛋的腌制周期从40多天缩短至15天左右，不仅蛋黄“流油”，而且含盐量比正常咸鸭蛋低30%到50%，适合现代人的健康理念。
潘志鹏在手机上查看大棚内温度、湿度等数据。 谷华 摄“小而美”的经营策略，让“秦程”咸鸭蛋在市场上脱颖而出，价格也水涨船高。程彤成立了养殖专业合作社，带动周边几十户养殖户致富。2022年，“秦程”蛋品实现销售1400多万元。
记者了解到，在盐都乡村大地上，活跃着300多位像程彤这样的40岁以下“农二代”，他们怀揣致富梦想和兴农技能，传承农业发展，为当地农业增效农民增收注入了新活力。
盐都区郭猛镇双鹏智慧农场的当家人是两位发小，出生于1992年的潘志鹏和刘小鹏。2013年，潘志鹏的父亲潘国胜流转了200亩土地种植葡萄和草莓，两年后他邀请大学毕业的刘小鹏回来经营农场，2018年，潘志鹏也回到农场。年轻人的思维活跃，通过走出去、请进来的方式向农业专家请教，从教科书和生产实践中步步摸索，慢慢由农业“门外汉”成长为“小能手”。
潘志鹏和刘小鹏深知传统种植管理模式已经落伍，一齐把目光瞄准物联网技术，对农场进行了智慧化改造。“现在，温度、湿度、通风、遮盖等各方面全部实现自动控制。”在农场大棚里，两人掏出手机给记者演示说，运用物联网技术，不仅能够精准控制，提高果品品质，而且节省了人工成本，200亩农场正常用工也就20人。
“看着植物生长，一天一个变化，每天都有新鲜感。”刘小鹏笑言，这是自己的农业情怀，是做其他工作没有的感受。去年，农场实现产值800多万元，净利润达300万元左右。
农业情怀同样藏在“快乐养猪人”顾金国的心头。“我做农业可算是专业对口了。”顾金国毕业于盐城生物工程学校畜牧专业，曾经在上海从事动物药品销售，生意做得红红火火。2015年，他带着3000万元资金，回到家乡秦南镇合兴村，创办了康农牧家庭农场从事养猪业。
在康农牧家庭农场，巡视、室温、饲喂、粪便清扫全部实现自动化，偌大的猪场正常用工只有13人，而且还是每3个月一轮换，平时在猪场内从事养殖管理的只有四五人。值得一提的是，这里清洁清毒程序非常严格，饲料运进、人员进入需要经过20分钟的消毒，饲养人员在外的穿着衣物一律不得带入，连手机都不能带进。“养猪最怕的是猪瘟病毒。”顾金国说，只有严格消杀才能保证安全，养猪产业才能持续下去。去年，农场出栏生猪15000头，成为名副其实的“万头猪场”。
在盐都采访“农二代”，记者发现，这些“新农人”都具有较高的文化程度，都是运用现代科技的行家里手，也都把网络电商作为产品销售的主渠道。“手机成为新农具，直播成为新农活，流量成为新农资”是他们身上鲜明的时代印记。
据盐都区农业农村局相关负责人介绍，截至目前，该区已创成省、市、区级示范家庭农场超300家，其中，“农二代”创办领办的农场占比逐年提高。“力争三年内家庭农场负责人平均年龄降到50岁以下，大专以上文化程度达到50%以上，让更多的年轻人传承农业发展，成为乡村产业振兴的主力军。”
顾金国介绍生猪饲养情况。 谷华 摄又是一年新春时。和父辈一样耕耘在乡村大地上，有知识、有技术的“农二代”们对自己的事业充满了坚定的信心。潘志鹏和刘小鹏说：“新的一年要加强日常管理，提高果品品质，打出自己的品牌，提高效益。”程彤说：“继续进行产学研合作，再在细分市场上下功夫，扩大品牌影响力，带动更多农户奔富路。”顾金国则说：“做农业，除了情怀还是情怀，我要通过自己的努力，让养猪成为受人尊敬的职业。”(完)
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