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）

库木孜琴声唱响新时代新疆故事******

　　【新时代新征程新伟业】

　　光明日报记者 姚亚奇 李 慧

　　“库木孜琴声很悠扬，二十大精神来歌唱。认真学习贯彻好，踔厉奋发很自豪。两个确立要领悟，四个意识要增强……”

　　连日来，克州歌舞团的文艺作品《库木孜弹唱·礼赞二十大》，在新疆克孜勒苏柯尔克孜自治州唱响。

　　“地虽偏，心相连，心向党。”新疆克州歌舞团党支部书记杨花明说，当下，党的二十大精神学习宣传在克州如火如荼地开展，各族党员群众欢欣鼓舞，反复研读、学思悟践。克州歌舞团深入学习宣传贯彻党的二十大精神，用好红色资源，编创了一系列舞台艺术精品。

　　“从城市、乡村到牧区，从学前小朋友到耄耋牧民，全州人民把党的二十大精神口耳相传。作为文化宣传的‘玛纳斯奇’，我们要用接地气、有朝气、振人心的方式，通过悠扬的库木孜琴弹奏传唱党的二十大精神。”克州歌舞团的乐队演奏员买买提吐尔孙·马曼说。

　　买买提吐尔孙·马曼用心用情创作的《库木孜弹唱·礼赞二十大》和《我是党员我知道》，以各族人民群众喜闻乐见的方式，增加了大家对党的二十大精神的深入了解。演唱作品发布后，已有超50万人次“点赞”。

　　“我们今天的好日子，幸福甜蜜美滋滋，你要问我咋来滴，喝水不忘挖井人，幸福不忘带头人，党是咱的领路人，二十大报告暖人心……”玛纳斯奇艾山吐尔·库尔班那里创编了宣传党的二十大精神的歌曲《帕米尔欢庆二十大》和《党是咱们的领路人》。赴农牧区现场表演时，这两首充满柯尔克孜风情的歌曲，获得了阵阵掌声，掀起克州人民学习宣传贯彻党的二十大精神的高潮。

　　克孜勒苏柯尔克孜自治州，位于新疆西南部。这里是中国西极，是一个边境之州。在克州，16万多人口的柯尔克孜族，能歌善舞，热爱祖国、忠诚于党、坚守边境线。他们也是英雄玛纳斯的后裔。

　　“说起英雄史诗《玛纳斯》，我不由地想起今年习近平总书记考察新疆时，来到新疆维吾尔自治区博物馆，观看世界级非物质文化遗产柯尔克孜族英雄史诗《玛纳斯》说唱展示，并同非遗传承人及克州歌舞团演员亲切交谈。”杨花明说，“我们谨记总书记的谆谆教诲，立志要把世界级非物质文化遗产《玛纳斯》保护好、传承好、发扬好。”

　　不久前，歌舞剧《玛纳斯》在克州文化中心进行了带妆彩排，伴随着铿锵的鼓点、美妙的库木孜乐曲，演员们用灵动的肢体语言演绎了传唱千年的英雄史诗。

　　歌舞剧是对英雄史诗《玛纳斯》的艺术化创作，又以党的二十大精神为引领，发扬中华优秀传统文化，丰富了人民群众的精神世界。

　　克州歌舞团不仅精心排练了一台精彩绝伦的大型歌舞剧《玛纳斯》，还制定了一系列发展《玛纳斯》的文化工程——重点打造27个（含国家级、自治区级、自治州级）的非遗项目，培育50名玛纳斯奇传承人，打造玛纳斯歌剧院，启动成立克州玛纳斯协会……

　　杨花明说：“歌舞剧《玛纳斯》将到全疆14个地州会演，再去全国各地巡演，进而走出国门、走向国际，把我们优秀的非物质文化遗产传播到全世界。”

　　在克州，各族人民守边护边、建设家园，作出了积极贡献，涌现出许多典型人物和故事，这些也成为克州歌舞团创作的素材。

　　目前，克州歌舞团正在创作《撸起袖子加油干》《边境线上的爱》《党徽大叔》《糖包子的故事》等舞台作品，讲述各族人民与援疆干部一起共同奋斗的感人故事；《红船精神》《星星之火》《追寻》《血，总是热的》等作品，则以筑牢中华民族共同体为主线，大力弘扬中华传统文化和革命故事。

　　“作为文艺工作者，我们感受到一种沉甸甸的历史使命感，一种舍我其谁的社会责任感。”杨花明表示，“今后，我们要创作出更多弘扬劳动精神、奋斗精神、奉献精神、创造精神、勤俭节约精神的高质量舞台艺术精品。”

　　《光明日报》（ 2022年12月26日 03版）