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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）
【新时代新征程新伟业】四川：职业教育让“职业农民”涌现 培养更多“田园明星”******
中新网眉山12月21日电 (王利文 岳依桐)冬日，四川省眉山市东坡区金光村一片“稻虾共生”基地内，34岁的养殖户万刚正与几名工人蓄水平田，为来年好收成做准备。他毕业于一所高校现代农业技术专业，2016年回乡探索“稻虾共生”模式。目前，他承包的土地平均每亩年产小龙虾300斤、水稻1200斤。
新型“职业农民”万刚回乡探索“稻虾共生”模式。 受访者万刚供图在“天府之国”四川，像万刚这样带着技术和情怀俯身于田间地头的新型职业农民正逐年增多，他们将专业技能巧妙融合于脚下的土地，用创新赋能产业发展。新型职业农民的兴起，只是四川发力打造新时代更高水平“天府粮仓”工作成效的缩影，经人才和科技的“加码”，巴蜀大地沃野千里，生机勃勃。
“这些人才大多来自乡镇，对土地有着天然的亲近感。他们懂农、知农、爱农，到三农一线能沉得下去、留得下来，所学知识和技能也非常实用。”眉山职业技术学院党委书记代贤军表示，作为四川省首批新型职业农民试点3所高校之一，学院近年来开展了田园明星、农业经理人、新型职业农民、基层农技人员等相关培训，参与者2万余人次。
随着农业发展潜力不断凸显，选择农业专业的学生也越来越多。为让学生更“接地气”，眉山职业技术学院将教学内容与生产实践结合，学习任务与田间生产任务直接挂钩，课堂和田间教学时间达到1比1。该校农业教研室主任魏文武举例道，“认识病虫害的课程中，我们要求学生到田间地头找虫捉虫，通过实操识别分析病虫害。”
眉山职业技术学院师生在开展教学实践。 陈航 摄在食用菌栽培学课程上亲自培育出羊肚菌后，眉山职业技术学院农业技术系学生王杰平迸发了灵感：能否将该技术运用到自家葡萄地里？“可以利用每年10月葡萄园清园后土地的空置期来种植羊肚菌，帮助家里增产增收。”在农村长大的他对土地有感情，每天与泥土打交道也让他感到“踏实”，“未来我想从事农业相关工作，一分耕耘一分收获。”
眉山市东坡区太和镇永丰村，3100亩的高标准农田在四川省率先实现水稻“耕、种、播、收”全程机械化生产。作为四川标准化程度最高的高标准农田示范样板之一，其背后离不开专业人才和创新技术的“加码”，眉山职业技术学院参与研发的多项技术也在这片农田得以运用。
据介绍，该校研究集成推广的机直播稻“齐芽全苗”技术、化肥减量技术、农药减量技术等30余项技术在眉山多个乡镇“开花结果”，累计节省成本7538.63万元(人民币，下同)、累计增收节支20531.46万元。
在代贤军看来，职业教育不仅是科技和人才重要的供给者、服务者、支撑者，其在科技的转化、应用、推广等环节发挥着独特的纽带作用，架起了基础科研到现实生产之间的桥梁。
眉山职业技术学院师生在开展教学实践。 陈航 摄四川这个西部大省正以种业振兴为重点强化农业科技创新、以园区为载体推进现代农业体系建设，利用科技和人才这两把关键“钥匙”，助推农业发展开创新局面。
“农民早已不等于面朝黄土背朝天，而是一份不用背井离乡也能实现价值、创造价值的体面职业。”站在400亩的水田中，万刚对未来充满憧憬和信心，他手指前方，“以往3名工人3小时才能完成的投食工作，无人机半小时就能解决。我准备用5年时间将目前400余亩的生产面积扩大到2000亩，为家乡建设贡献更多力量。”(完)
（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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