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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）

最强寒潮来袭 ，一键get防寒保暖知识 ！******

　　今年入冬以来 ，最强寒潮天气来袭 。

　　27日寒潮天气已在西北地区“露头”，新疆北部和西部 、内蒙古西部 、甘肃中西部等地出现大风降温天气 ，有23个台站的最大风速突破或达到历史极值，部分地区降温幅度达12℃至20℃。

　　28至30日，我国大部分地区气温继续断崖式下跌 ，部分地区降温可达18℃以上 。

图源 ：中央气象台

　　“这次寒潮过程最显著 的特点就是降温剧烈，全国大部气温将会由前期明显偏高转为明显偏低。”中央气象台首席预报员张芳华说。

　　寒潮 是什么 ？

　　寒潮是指来自高纬度地区 的寒冷空气，在特定的天气形势下迅速加强并向中低纬度地区侵入，造成沿途地区剧烈降温 、大风和雨雪天气。这种冷空气南侵达到一定标准的就称为寒潮 。寒潮是一种大范围 的天气过程，在全国各地都可能发生 ，可以引发霜冻、冻害等多种自然灾害。

图源：摄图网

　　中华人民共和国国家标准《冷空气等级》(GB/T20484 －2006)中寒潮 的定义 是 ：某一地区冷空气过境后 ，气温24h内下降8℃以上，且最低气温下降到4℃以下；或48h内气温下降10℃以上，且最低气温下降到4℃以下 ；或72h内气温连续下降12℃以上 ，并且最低气温在4℃以下。

　　寒潮多发生在秋末、冬季和初春时节。统计显示，近三十年，也就是从1991年至2020年，我国平均每年发生寒潮5.4次 ，其中两到三次为全国性寒潮 。1991年以来，寒潮出现次数最多的年份 是2021年，共11次 ；出现寒潮次数最少 的 是2017年 ，仅有2次 。

　　寒潮来袭 、气温骤降，容易导致哪些疾病？

　　心脑血管疾病 。突然降温 ，会刺激人体交感神经兴奋，造成血管收缩、血液循环 的外周阻力增加、血压升高 、心肌耗氧量增多 ，引起血压飙升和心肌缺血加重，最终导致脑出血和心绞痛发作。天气寒冷还会使血液变得黏稠 、流速减缓 ，导致血栓形成，最终造成脑血管堵塞或心肌梗塞。

　　脑卒中（中风） 。脑卒中发病率与季节有明显 的联系，一般认为冬季最高 ，尤其是在温度骤降时 。气温骤降 ，昼夜温差悬殊 ，低气压、高湿度，易使得血压骤然上升 ，卒中意外也接踵而至。

　　呼吸道传染病。寒冷常伴随干燥 、湿度低 ，容易使病原微生物悬浮于空气中，增加了病原微生物与人 的接触机会 ；寒冷的空气会降低呼吸道 的免疫功能，抑制免疫细胞活性 ，减少气道纤毛功能 。

　　骨折。气温低 ，肌肉和韧带柔韧性较差 ，对关节 的保护力度减弱 。道路冰冻很容易使人失去平衡而摔倒 ，稍有不慎就会造成关节损伤及骨折 。尤其是老年人和绝经后女性 ，多伴有骨质疏松或骨量减少 ，相较年轻人更容易摔倒 ，也更容易骨折 。

　　如何防寒保暖，降低患病可能性

　　各位小伙伴儿们！世界上没有“金钟罩”“铁布衫”，请亲爱 的你们 ，尤其 是老人、小孩以及患有呼吸道疾病 、心血管疾病等慢性病 的患者，降温期间做好个人防护 ，提高自身抵抗力 。

　　一定注意保暖 ！雨雪天外出一定要注意保暖 ，尤其要保护好头部 、手部和脚部 ，千万别忘了戴帽子、围巾和手套 。有心脑血管疾病 的人，出行时最好要随身携带速效救心丸、硝酸甘油等急救药物。当出现胸痛、呼吸困难 、肢体麻木 、活动失灵等症状时 ，应及时拨打120 ，以免错过最佳治疗时间 。

　　注意房间通风。从减少病原菌单位浓度 的角度，要定期通风，如在出门或离开房间时，可以视情况打开门窗 。如果长时间待在室内，可以交替打开不同房间 的门窗。此外 ，还需增加室内湿度，特别 是在开空调时，可使用湿化器，保持室内湿度30-40%之间。

　　寒冷天气尽量减少出行 。如果有事必须外出，不要穿易滑的塑料底鞋。在室外锻炼时，要尽量避开有水、结冰 的路面 ，要充分进行准备活动，伸展肢体 ，进行“预热”。

　　适量增加摄入产热高 的食物 。如羊肉、牛肉、鸡肉、红枣等，这些食品中富含蛋白质及脂肪 ，对于身体虚寒、阳气不足者特别有益。还应多吃柚子、苹果等生津类水果 ，适量增加辛辣御寒食品，帮助祛寒和增进食欲 ，促进血液循环，增强御寒能力 。

　　资料来源：科普北京、中央气象台 、中国疾控中心、健康时报、健康杭州

　　整理 ：刘雪洁　蔡琳

　　（文图 ：赵筱尘 巫邓炎）