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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）
用细致“心”保障春运“暖”——2023年铁路春运一线见闻******
新春走基层｜用细致“心”保障春运“暖”——2023年铁路春运一线见闻
随着疫情防控进入新阶段后的首个春运拉开帷幕，铁路客流快速攀升。铁路部门如何保障平安春运、有序春运、温馨春运？带着问题，记者走访了北京重要的铁路客站和铁路服务环节。
急客通道、医疗服务，春运“归途”很暖心
满载归心似箭的游子，驶向期待团圆的家乡。1月7日进入春运以来，北京各大铁路客站客流持续攀升。交通运输部的数据显示，预计今年春运期间客流总量约为20.95亿人次，恢复到2019年同期的70.3%。
“得益于前期充足准备，北京南站运行总体平稳有序。”中国铁路北京局集团有限公司北京南站客运车间党支部书记董芳说，车站实时分析客流需求，对于重点热门方向及时掌握车票预售和候补情况，梯次投放运力。
在北京南站进站口，一位旅客找到车站工作人员：“还有15分钟开车，请帮帮我。”在工作人员引导下，这位旅客通过“急客”通道顺利上车。
站台上，润秋服务组工作人员韩畅正推着残疾人旅客上车。“为旅客服务，我们没有终点。”韩畅说，每个“春运人”都全身心投入工作，用更细致的工作，保障旅客旅途暖心、安心。
据悉，今年春运期间，北京南站夜间不完全闭站，为需要候车休息的旅客划定休息区；联合北京佑安医院在候车厅开设医疗服务点，为有需要的乘客提供帮助；设置了去往北京各大火车站的乘车路线导航“小彩条”，为重点旅客提供便携式呼叫铃……
“暖心的服务让人安心。”从山东潍坊带孩子来北京看病的宋先生说，高铁线路越来越密，当天就能往返北京，希望兔年孩子康复，日子更好。
先“体检”再上线，高铁“医生”护列车安全
三年疫情，铁路客流骤降。不少车辆“趴”在车辆段没有上路，它们的维修保养工作做得如何？能否顺利通过春运“大考”？记者来到京津冀最大的动车组检修维修基地——中国铁路北京局集团有限公司北京动车段。
作为北京地区唯一的动车段，北京动车段配属动车组228列，负责京沪、京广、京张、京哈等线路动车组的检修调试和保养工作。
“别人过节放假，我们是越到节日越忙，天气越冷越忙。”北京动车段副段长魏巍带领记者来到检修车间，为保证动车组以最佳状态上线春运，段里早早就开始准备。
早上八点，技术员万奇鑫收拾好装备，开始进行检修。在高铁“医生”眼中，给列车“看病”是个“良心活”，每个环节缺一不可，要做到万无一失，必须怀着敬畏之心。
万奇鑫的小组今天要对列车进行空心轴探伤，空心轴对动车组安全运行影响巨大。以前检修时，靠老师傅用小锤敲打、听声判伤，现在使用超声波探伤器，更可靠更高效了。
“春运开始后，全所12条检修车道不停地‘翻台’。”万奇鑫说，随着和谐号、复兴号、复兴号智能动车组等多种车型上线运行，检修工作的挑战也更大了。技术人员要不断学习、增强本领，确保车辆健康、春运安全。
健康过大年 重温冬奥情 京张高铁“冰雪之旅”很热门
随着春运开启，京张高铁迎来北京冬奥会结束后首个滑雪热潮。
在清河站，不少旅客正在等待乘坐京张高铁D6715次列车，前往崇礼体验冰雪乐趣。中国铁路北京局集团有限公司清河站站长王小勇说，预计春运期间单日旅客发送量在2万人次到2.5万人次之间，将达到开站以来的最高峰。
在北京冬奥会的带动下，越来越多的中国人了解、喜欢上了冰雪运动。
“崇礼站开站一年来，客流逐步增加，今年元旦假期，单趟运送雪板的数量就达到将近100件，赶上周六日，列车还要重联运行。”北京客运段京张高铁列车长王亚丽说，为方便携带雪板的旅客，清河站在候车大厅增设了雪具托运点，方便旅客办理托运。
25岁的庞先生在上海工作，周末专门坐飞机到北京，从大兴机场换乘地铁到清河站后，转京张高铁抵达崇礼。“全程衔接顺畅，交通非常高效，我们周末滑完，周一就可以回去上班。”庞先生说。
回升的客流里，是悄然回归的暖意。2023年春运，带回了人们久违的烟火气，也重启了活力与希望。新的一年，必将更加美好。(新华社 陈旭、丁静、李溢春)
（文图：赵筱尘 巫邓炎） [责编：天天中] 阅读剩余全文（）  视觉焦点
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