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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）

数字普惠，让数字文明人人共享******

　　【乌镇实践】

　　光明日报见习记者 刘习

　　世界互联网大会乌镇峰会“长三角一体化数字文明共建研讨会”11月9日在乌镇互联网国际会展中心举行。与会嘉宾、专家学者及代表企业负责人聚焦长三角一体化发展、共话数字文明，多位专家针对数字普惠议题建言献策。

　　浙江省委常委、常务副省长徐文光表示，紧扣“一体化”和“高质量”两个关键词，长三角地区正合力打造民生一体化应用场景。目前，长三角“民生一卡通”已加载公共交通等21项服务功能；138项政务服务事项实现长三角一网通办；异地门诊直接结算已覆盖长三角41个城市。“共建共享、开放融合、互助共进、多跨协同”的“数字长三角”合作平台的打造，激发了长三角地区数字协同创新活力。

　　嘉兴位于长三角中心腹地，乘着长三角一体化发展的东风，以数字化统筹城乡发展。“去年，所有村集体年经常性收入都超过120万元，城乡收入比达到1.60:1。”浙江省嘉兴市委书记陈伟介绍，“在嘉兴，家庭千兆光网覆盖率达95%以上，数字基建为数字化改革和数字文明建设提供了底座支撑。同时，人才引进和智力成果的产出不仅让人民享受数字文明成果，也让更多人体验参与数字文明建设的成就感。”

　　“数字赋能长三角经济一体化发展有着现实的禀赋支撑，也有新的路径和突破。”浙江大学副校长、长三角一体化发展研究中心主任黄先海在主旨演讲中从产业发展建设的角度出发，提出打通消费互联网与产业互联网；打通中国市场与世界市场；打通数字创新与产业发展；打通实体经济与数字经济；打通区域数据指标，让数字普惠不同链条、不同行业、不同主体，在推进建设长三角数字经济一体化的同时，构筑网络空间命运共同体。

　　数字安全保障有力是全球数字发展的必由之路。中国工程院院士、国家数字交换系统工程技术研究中心主任邬江兴从技术的角度出发，提出以内生安全赋能数字基础设施网络弹性。他介绍道：“目前已经开发的20多类40多种产品，基本满足现有数字基础设施的升级改造问题。构建于南京紫金山实验室的网络内生安全实验场向全球开放，为各主体以数字赋能发展提供了安全环境。”

　　浙江清华长三角研究院智库中心主任李继春从中国传统哲学的思维视角阐释数字文明，提出自然之力应当是数字文明发展的遵循，技术向善是以数字化改革推动数字文明建设进程中的重要伦理遵循，要在建设数字文明的进程中尊重人、发展人。

　　数字文明建设的普惠和关怀不仅成于理念，还体现在行业内的各项实践。“我国有许多残障人士，他们的数字生活值得关注，支付宝就把残障人士的使用作为技术开发强制标准。”蚂蚁集团党委副书记、首席合规官李臣在研讨会上如是说。

　　在数字化治理的同时提供数字化服务和关怀，是企业参与数字文明建设、让建设成果惠及更多人的生动体现。南京图灵人工智能研究院首席执行官李强介绍，在一次计算、数据安全、图像诊疗技术的支持下，图灵联合北京协和医院和南京妇幼保健院，针对33个国家级贫困县的妇产医院提供了远程诊疗系统，为贫困地区人民提供更美好的生活和医疗保障。科大讯飞则立足智能语音、计算机视觉上的技术优势，优化产业布局。据科大讯飞副总裁孙东平介绍：“科大讯飞教育为教师减少30%的备课时间，语文和英语作文的批改时间减少70%，学生更精准学、练，课后作业时间减少50%。”

　　上海社会科学院副院长、长三角与长江经济带研究中心常务副主任王振指出，技术迭代、使用场景丰富、操作方式简洁化，体现的是数字文明建设过程中的人文关怀。对此，嘉兴学院经济学院院长、嘉兴学院中国共同富裕研究院执行院长文雁兵表示认同，在他看来，以人民为中心的发展理念和马克思所提出的人的全面发展目标能够通过数字文明的新思想、新进程、新路径得以实现。

　　据悉，本次研讨会上，沪苏浙皖长三角联席办和上海青浦、上海松江、杭州、宁波、嘉兴、湖州、南京、苏州、合肥、芜湖等10个城市人民政府还共同倡议发起组建了“数字长三角共建联盟”，并发布《携手迈向长三角数字文明新未来——乌镇宣言》。会议同时采用网易瑶台元宇宙会议系统搭建了元宇宙虚拟会场，打破了空间限制，为参会人士提供了更真切的现场感受。

　　《光明日报》（ 2022年11月10日 12版）

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）