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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）

奥运会东道主能拿更多奖牌 ？国际最新研究称证据不足******

　　中新网北京2月3日电 (记者 孙自法)针对奥运会申办与举办，有一种流行的说法称东道主能获得更多奥运奖牌。这个观点科学吗？可信可靠吗 ？

　　施普林格·自然旗下开放获取学术期刊《科学报告》北京时间2月3日凌晨发表一篇体育研究论文称，奥运会东道主能拿更多奖牌 的证据不足 。

　　该项最新研究发现，如果控制社会经济因素不变，举办奥运会 的国家并不会多拿奖牌 。这一研究结果反驳了所谓的“东道主效应” 的存在，“东道主效应” 是指东道国会比平常情况下获得更多奖牌 。不过，研究者也提醒 ，后续仍需开展更大规模的研究 ，统计更多届 的奥运会，来证实他们 的研究结果 。

　　该论文介绍，申办奥运会的国家通常会将举办奥运会能增加奖牌数作为说服民众 的申办理由。之前有研究发现，东道国在夏季奥运会的奖牌数会额外增加1.8个百分点 ，不过这种提振效应在不同运动项目上 的分布并不平均 。

　　论文通讯作者及第一作者、匈牙利经济与区域研究中心经济学研究所盖尔盖伊·丘里洛(Gergely Csurilla)和同事伊姆雷·费尔特(Imre Fert?)合作，通过比较1996年至2021年夏季奥运会东道国在举办比赛 的当年和不作为东道国时的奖牌数差异，对举办奥运会能在多大程度上增加奖牌数进行研究。这几届奥运会 的东道国分别为美国 、澳大利亚 、希腊 、中国 、英国、巴西和日本。除奥运奖牌总数外 ，他们还分析了男女运动员的奖牌数。

　　论文作者指出 ，如果根据人均GDP和人口规模这些社会经济因素进行调整 ，大部分国家的奥运会“东道主效应”就消失了 。只有澳大利亚(2000年)和英国(2012年)保持了奖牌总数的大幅增加 。英国和巴西(2016年) 的男运动员获得 的奖牌数量明显增加，澳大利亚的女运动员也比预期取得了更多奖牌。

　　因此，论文作者认为 ，奥运会申办国应对能比平时获得更多奖牌的期望持谨慎态度。(完)

　　（文图 ：赵筱尘 巫邓炎）