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来源：购彩大厅Welcome返点2023-08-17 17:48

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）

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东西问·中外对话 | 中德合作如何为全球气候治理“筑桥” ？******

　　中新社柏林4月4日电题：中德合作如何为全球气候治理“筑桥” ？

　　中新社记者彭大伟

　　中国国家主席习近平4月1日以视频方式会见欧洲理事会主席米歇尔和欧盟委员会主席冯德莱恩时强调，中欧要继续引领全球应对气候变化和生物多样性合作。米歇尔和冯德莱恩表示，愿同中方持续深化经贸、投资、能源、绿色发展等各领域合作，共同应对新冠肺炎疫情、气候变化、生物多样性保护等全球性挑战。

　　2022年是中国与德国建立外交关系50周年，作为欧盟最重要的经济体，德国与中国在经贸投资领域的务实合作，近年来已经成为推动中欧关系行稳致远的重要压舱石。如何更好地推动中国与德国和欧洲进一步实现合作共赢、携手引领全球低碳发展进程？如何兼顾气候目标的实现与能源和经济安全？氢能如何在中德气候合作中扮演重要角色？如何理解中德、中欧在新能源汽车等领域的竞合关系？

　　近日在由中国新闻网主办，德国联邦经济发展与外贸联合会协办的“东西问·中德气候对话”上，中国工程院院士、原副院长，国家气候变化专家委员会顾问杜祥琬和第十三届全国人大常委、中国科学院科技战略咨询研究院副院长王毅与德国联邦议院议员、前副议长、德国“中国之桥”协会主席汉斯-彼得·弗里德里希(Dr. Hans-Peter Friedrich)和德国联邦经济发展与外贸联合会(BWA)主席米夏埃尔·舒曼(Michael Schumann)就此展开了对话。

　　对话专家认为，在应对气候变化和推广新能源方面，中国是德国和欧洲不可或缺的伙伴，双方合作有潜力成为欧中关系典范，氢能则可以成为双方未来加强合作的重点领域之一；双方在新能源汽车等行业有着大量良好的合作，各方应该鼓励“建设桥梁” 的合作精神，而非鼓吹走向对抗。

　　对话实录摘编如下：

　　氢能可成为中德气候合作重要课题

　　弗里德里希：本世纪前五十年有两大主要转型进程，即数字化和碳中和。中国和德国应该而且必须密切合作，使全人类能够在这两个问题上取得进展。欧盟到2050年实现碳中和的目标雄心勃勃，而中国实现碳中和的目标定在2060年，还定下了其它非常具有雄心的目标。如果我们想实现这些目标，现在就要尽快、尽可能多地转换到不释放二氧化碳的能源上，如电能和氢能。氢能具有很大的优势，它不受管道约束，可以在世界任何地方生产、储存、运输，在许多国家被认为是对抗气候变化的秘密武器。

　　德国是氢研究领域的领先国家之一，有大量的专利，而中国具有巨大的市场空间和潜力，能够推动氢能方面的合作，对两国经济的发展都是有益的。我们必须在各个层面推进德中气候对话。

资料图：一公司一期电解水制氢项目生产车间。　翟羽佳摄

　　杜祥琬：气候变化，特别是当代气候变化科学的形成过程当中，德国的科学家乃至欧洲的科学家作了很重要的贡献，而现在应对气候变化这件事，欧洲的科学家们，包括德国的科学家们也在努力推动，在这一点上我们非常有共同语言。

　　风能和太阳能有间歇性，要确保稳定就必须储能。氢能可以说是一种非常重要的储能。现在的思路就是让间歇性的可再生能源跟储能结合起来。

　　氢能存在两个问题，第一是如何制氢，因为氢是二次能源，煤可以制氢，但是要排放二氧化碳，这样就有违我们利用氢气的初衷、初心，所以欧洲方向也非常明确，就是制氢应该发展绿氢，应该是非化石能源来制氢。

　　第二是怎么用氢。我们首先考虑的是需要储能，用氢把不稳定的太阳能、风能存起来，从道理上讲是可以走得通的，但恐怕还缺乏实践，两国都是如此。

　　我们两国不仅在应对气候变化上有高度共识，而且面临着同样或者类似的问题、困难有待解决，可以多做一些交流。

工作人员给公交车加氢气。　李建林摄

　　能源转型应兼顾经济与民生

　　舒曼：可靠的能源供应是创造和维护现代社会繁荣进步的基本条件之一。所谓“能源政策三角”定义了经济供给保障的基本取向与环境影响和气候保护之间的关系和矛盾。天然气作为桥梁技术在迈向再生能源产业的道路上将继续发挥核心作用。

　　德国作为一个工业化国家，在短时间内已退出了核能和煤炭，而德国仍然需要化石能源。近年来其加工和储存技术迅速改进，使其能够符合环境标准。天然气将继续发挥重要作用，成为提高再生技术效率的桥梁。应对气候变化和创造可持续的工作和生活条件只有在全球合作的基础上才能取得成功。中国是这方面不可或缺的伙伴，而德中在这一领域的合作有潜力成为整个欧中关系的典范。

德国联邦议院议员、前副议长、德国“中国之桥”协会主席汉斯-彼得·弗里德里希(左上)和德国联邦经济发展与外贸联合会(BWA)主席米夏埃尔·舒曼(左下) 。视频截图

　　中德气候合作空间广阔

　　王毅：中德环境和气候合作有很长的历史，环境合作大概可以追溯到上世纪90年代。在2008年之后，也就是哥本哈根会议前后，中德的气候合作也在迅速增加。这两年尽管在疫情下，我们仍然在环境、气候变化方面有非常多的合作、非常多的交流。我们希望通过纪念两国建交50周年，进一步加强中国跟德国在环境和气候变化领域的合作，也希望这一合作延续下去。

　　气候变化是超越国家、超越意识形态的全球性挑战，所以对此我们更多地去促进开展务实的合作和行动。另外我们也可能要更多地去选择优先领域。以氢能为例，中国发展氢能是非常快的。我曾经到西北地区看绿氢的生产，我们从太阳能的光伏去生产氢。这个氢将来考虑有不同的应用场景，比如说驱动燃料电池的重型卡车，比如说用氢能来生产更多的化工原料，随着应用场景(增加)，需要我们克服高成本以及更高地去提高它的效率，这需要中国跟德国之间开展合作。德国在这方面的能源转型上有非常好的经验，中国在可再生能源的设备制造以及大规模应用降低成本方面，也有很多很好的经验。

　　还有其他的领域，比如说刚才说到德国在气候立法、政策方面有很多很多很好的经验，比如你们有《气候保护法》。中国全国人大也在考虑下一步怎么样在实现碳达峰、碳中和方面，构建一个更好的立法和法律体系。两国在诸多方面都可以更好地去开展合作。

中国工程院院士、原副院长，国家气候变化专家委员会顾问杜祥琬(右上)及第十三届全国人大常委、中国科学院科技战略咨询研究院副院长王毅(右下) 。中新网记者翟璐摄

　　中德合作可推动中欧及全球携手应对气候变化

　　王毅：中国出台的“1+N”政策体系，不单是减碳，而是一个系统性的变革。但是这个系统不可能一蹴而就，需要不断地在实践当中去总结。我们希望更多地向德国等发达国家学习。此外，我们要开展第三方合作，也就是说中国跟德国、跟其他发达国家，去帮助其他的发展中国家，一起来实现能源的绿色发展。

　　杜祥琬：我觉得中德合作非常重要，当中国研究自己的能源转型的时候，我们经常引用德国的例子，还有丹麦的例子，所以我非常关注德国。我们最近有一些专家到德国做了一个非常详细的访问，给我留下一句这样的话，“能光伏处皆光伏”——能装光伏的地方都装上光伏，就是分布式的光伏发电——这点给人印象很深刻。

　　但包括德国和丹麦都有一个问题，就是在发展可再生能源装机的同时，如何让它实现稳定输出。我们希望在这个方面能够多合作、多交流，让可再生能源不仅在计划层面，不仅在纸面上，而且在实践上能够做出来让人能够信服的发展方向。我们可以说是不断地关注德国和丹麦，也注意向你们学习。你们走在前头，我们只会更加高兴；但是我们要做得好的话，也希望跟你们交流。