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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）

专访｜卫士通石元兵：密码技术创新发展要以应用需求为牵引******

　　置身于数字时代，数字基础设施安全 、网络安全和数据安全愈发受到全社会 的广泛关注和高度重视 。目前，我国数据安全问题存在哪些难题待解 ？如何通过密码应用支撑数据安全和网络安全产业发展？在2022西湖论剑·网络安全大会期间 ，卫士通总经理助理、研究院院长石元兵接受记者采访，畅谈密码及数据安全产业 的前沿视角 。

　　记者 ：我国数据安全问题集中体现在哪些方面 ？

　　石元兵：数据 的来源 是多方面 的 ：在推进数字中国建设过程中 ，各行各业各领域均会产生、采集 、存储 、处理和流通大量数据信息；另外 ，个人在网络空间中既 是数据 的贡献者 ，也是数据服务的使用者。单点数据 的敏感性或者重要性相对不那么强，但 是一旦大量汇聚，就面临着比较大的安全挑战。

　　从政府监管的角度看 ，《网络安全法》《数据安全法》《个人信息保护法》等一系列政策法规 的出台 ，进一步强化了数据监管工作的落实 ，但还存在数据合规监管工作中技术手段不完善 、支撑能力不足等问题 。

　　从企业 的角度看，现在还面临很多数据安全风险挑战 。比如 ，违规、超范围采集个人信息和其他信息，甚至涉及到数据的非法交易和违规滥用。另外，政府部门既要考虑开放数据公共服务，同时也会面临数据跨部门共享利用等需求。这些问题或迫切需求，都需要通过技术手段 、服务能力或运营模式 的不断创新 ，去支撑相关各方 的数据资源可信 、可靠流动和高效应用。

　　从个人层面来讲 ，目前还有很多人对个人信息缺乏保护意识，需要不断加强宣传 ，不断提升公民对个人信息的保护意识和识别防范风险能力。

　　记者 ：在推进数据安全过程中 ，密码产业 的重要性不容忽视 。在发挥密码产业重要作用方面面临哪些挑战？

　　石元兵：在数据资源的全生命周期进程中 ，各环节所面临的风险不尽相同，呈现多样化的特点。密码 是保障数据安全 的核心基础支撑技术 ，除了数据加密，还可为数据隔离 、数据脱敏 、数据标记 、数据溯源 、共享利用等提供支撑。

　　在保障数据安全方面 ，需要识别实际场景中的安全风险 ，梳理出安全需求 ，并以此为牵引 ，从技术研究 、产品研制 、应用支撑和服务模式等方面不断创新发展 ，持续丰富密码供给体系和供给能力 。密码 的高质量供给，已经超越了单一产品提供 的范畴 ，更侧重于以保护用户 的重要数据为目标 ，提供基于密码 的体系化安全防护能力 ，这就要求我们不能只聚焦于产品提供，更要关注实际应用场景和具体业务逻辑 。

　　记者：密码应用将如何助推数据安全产业发展？

　　石元兵：重点是要以密码基础理论创新 、共性前沿技术创新作为驱动力 ，以应用需求作为牵引力 ，发挥好密码保障数据安全的核心技术和基础支撑作用，助力数据安全产业的高质量发展。

　　记者 ：卫士通在商用密码安全方面形成了哪些经验 ？

　　石元兵：密码作为卫士通的核心能力之一，我们在为重要行业领域用户提供网络安全 、数据安全产品和服务的基础上，不断追求创新发展 ，一方面提升密码技术、产品和服务等体系供给能力，同时加强与众多国内优秀企业 的合作，把密码技术与基础软硬件、应用系统融合嵌入，发挥好密码保障自主信息技术体系安全的效能。（记者 孔繁鑫）

　　（文图 ：赵筱尘 巫邓炎）