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）

吟唱架起情谊之桥——访两岸联吟发起人、台湾教师孙永忠******

　　中新社北京1月9日电 题：吟唱架起情谊之桥——访两岸联吟发起人、台湾教师孙永忠

　　作者 朱贺

　　“尽管相聚短暂，但学生间建立的情谊比想象中深厚。庆幸他们能在学生时代结识跨越海峡的朋友，这是一种美好。”

　　近日，台湾辅仁大学中文系教师孙永忠接受中新社记者采访，回忆十余年来两岸大学生通过古典诗词联吟活动缔结的深厚情谊。作为两岸联吟活动发起人，年逾六旬的孙永忠说，诗友们都期待早日恢复面对面交流。

　　幼时，孙永忠常听父亲吟唱念诗，觉得这种吟哦(放声朗读)的方式有些怪；大学时期，曾在北京求学的诗学老师用“北平腔”吟唱，“有京韵大鼓的感觉”。成为大学教师后，孙永忠发现学生们念诗时少了一种情韵，“当中需要‘细嚼慢咽’的东西不见了”。

　　“大家习惯用文字书写，却缺少了许多想象力。问起为何‘独坐幽篁里’，而不是坐在别的地方？李白吟出‘床前明月光’时，身处室内还是室外？学生很难给出答案。”孙永忠认为，帮助学生以吟唱方式依照古调或新曲把诗句唱出来，将节奏放慢，留下时间来品味、想象，“穿越”回到那个“当时”，或能更接近诗人的真实情感，感知中华古典诗词的本味。

　　1994年，孙永忠把吟唱带进课堂，并在辅仁大学的东篱诗社中刮起“旋风”。2006年来大陆参加学术交流，孙永忠发现在台湾高校已蔚然成风的吟唱形式，在大陆仍然鲜见。第二年，孙永忠带领宝岛青年在北京师范大学等高校进行吟唱展演，收获了出乎意料的反响。当青年们和着鼓乐吟唱诗经《小雅·蓼莪》，台下师生被深深打动。

　　与海峡对岸的东篱诗社遥相呼应，南山、悠然、采菊等诗社在大陆多地高校成立。北京师范大学的师生形容孙永忠“带了把火来”，孙永忠则认为一切只是水到渠成。

　　2008年，以“古韵新妍”为名的两岸青年古典诗词联吟活动应运而生，40位大陆师生赴台参加首届活动。活动在两岸高校间轮流举办，至今已至十三届，成为两岸学子一年一度的诗词盛宴。

　　联吟亦成为架起两岸情谊的桥梁。孙永忠谈道，有大陆学生后来结婚，台湾伙伴专程搭飞机送上祝福；有台生来大陆发展或旅游观光，会专程拜访当地诗友。

　　学子的生活也被吟唱所影响。孙永忠说，有学生当了教师，一样把吟唱带进课堂；有学生在困惑时唱起苏轼的“谁怕？一蓑烟雨任平生”……“每人心中都能有一两首诗词，在得意或失意之时吟哦两句，排遣一下”，在孙永忠看来，这正是吟唱的意义。

　　十余年来，孙永忠常为大陆各地诗社授课，并留下录音资料、曲谱及“服务电话”，诗社间也建立起友谊。他期待各家诗社有自己的钻研、尝试和突破，形成风格。

　　2019年第十三届联吟活动在徐州举行后，实体交流中断，但孙永忠始终与各诗社保持着线上往来。一次为江苏师范大学悠然诗社解惑，燃起了孙永忠再为两岸联吟“添一把火”的愿望；在两岸五家诗社的推动下，“古韵新妍2023冬季联吟展演”近日于大陆平台直播，在青年诗友间掀起新的涟漪。

　　早已将吟唱视作一生志业，孙永忠对在不久后恢复线下两岸联吟抱有很大期待。他在社交媒体中写下：吟唱是一辈子的美好，每当诗乐悠扬，我们的青春情怀便再一次的涤荡；诗词蕴有的真善美，可长葆生命的清新热忱。(完)