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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）
东西问丨贝尔恩德·迈尔：“欧洲首个中国城”如何与中国结缘？******
中新社柏林2月2日电 题：“欧洲首个中国城”如何与中国结缘？
——专访德国巴伐利亚州迪特福特第一市长贝尔恩德·迈尔
中新社记者 马秀秀
德国巴伐利亚州的迪特福特有“欧洲第一个中国城”之称。那里面积不大，设有中文学校、中国博物馆；那里的人不会中文，却常被人称为“巴伐利亚的中国人”。
迪特福特每年2月都会举办富有中国特色的“狂欢节”。届时，街头巷尾挂起大红灯笼、窗户上贴起“福”字，居民们纷纷装扮成中国人的样子，表演中国式传统节目。
迪特福特如何与万里之遥的中国结缘？当地与中国的交流交往情况如何？为促进中德友好，迪特福特有哪些经验可以分享？迪特福特第一市长贝尔恩德·迈尔(Bernd Mayr)近日接受中新社“东西问”独家专访，就以上话题进行探讨。
现将访谈实录摘要如下：
中新社记者：德国迪特福特被称为“欧洲第一个中国城”。可否介绍下其与中国的渊源？
贝尔恩德·迈尔：这要追溯到中世纪时期。大致在1400年至1450年，那时迪特福特属于艾希施泰特(Eichstätt)教区，所以主教府派税务官到迪特福特收税。当时迪特福特建有城墙，还有两个大城门。当税务官来到迪特福特，居民们紧闭城门，并在城楼上说：“不，我们不交税，因为主教都不关心我们。”在此情况下，税务官不得不离开，并在书中记载此事。在这本流传至今的书中，税务官们表示，迪特福特居民像筑城墙进行防御的中国人一样。这就是当地居民被昵称为“中国人”的由来。
第一次世界大战后，迪特福特逐渐有了“狂欢节”的雏形，那时的表演就有吹奏乐队装扮成中国人的样子；第二次世界大战后，“狂欢节”的庆祝规模不断壮大，迪特福特居民被称作巴伐利亚的“中国人”也为国际熟知。有些孩子从幼儿开始就装扮成“中国人”参与到“狂欢节”活动中。这是当地人保持了几十年的传统：在某个周四，人们都装扮成“中国人”的样子庆祝节日。在“狂欢节”期间，人们将自己视为巴伐利亚的“中国人”。
2019年迪特福特“中国人狂欢节”盛装游行现场。袁金永 供图中新社记者：可否介绍下今年“狂欢节”的特色和亮点？
贝尔恩德·迈尔：今年我们将第一次有一对“皇帝夫妇”参与“狂欢节”表演，以前都只有“皇帝”的角色。届时，“皇帝”和“皇后”会有一个非常庞大的随从队伍。
扮演“皇帝”和“皇后”的是两个迪特福特人，他们两人确实已经结婚。此外，参与表演角色的还有“中国战士”和“中国厨师”等。
今年“狂欢节”将在2月16日周四14时开始，先是进行大游行，然后会有戏台表演，人们可以观看“皇帝”和“皇后”并向他们致敬，之后在所有街巷、酒店等展开狂欢。
2019年迪特福特市“中国人狂欢节”上装扮成皇帝(左二)等中国风情角色的迪特福特市民们。袁金永 供图中新社记者：迪特福特居民到访中国的情况或对中国印象如何？
贝尔恩德·迈尔：事实上，访问中国的迪特福特居民并不多。在2016年的时候，我们访问了南京，当时我们是三十人的代表团。在1999年迪特福特乐队也有三十几人到访过北京。此外，商务人员也会在中国和迪特福特间往返。但总体来看，大多数人还是没有去过中国。
基于我们的“狂欢节”，迪特福特居民与德国其他城市的居民相比，思想更为开放。当然，每年能有中国人到访迪特福特让当地人感到开心。比如，来自中国驻慕尼黑总领馆或慕尼黑孔子学院的代表团来访。对于迪特福特而言，在街道上能看到中国人散步是很正常的事情。
以去年“巴伐利亚中国之夏”活动为例，中国驻慕尼黑总领事童德发一行访问迪特福特，我们和代表团进行了长时间的友好交流，观看了中国舞蹈和音乐表演。虽然迪特福特很小，但我们为德国巴伐利亚与中国的友谊作出了一些贡献，这是众所周知的。我要再次强调，只要我们互相交流，就有机会去理解完全不同的文化。
中新社记者：目前，迪特福特与中国的交流交往情况怎样？
贝尔恩德·迈尔：我们与中国的交流互动会定期进行。诸如，我受邀于1月15日参加了中国驻慕尼黑总领馆的春节招待会。今年的“狂欢节”，总领馆为我们提供了一些帮助，借此我们能够在节庆期间把城市装点成中国风格，这是一个相当美好的故事。
我们一直在尝试让巴伐利亚文化与中国文化这两个完全不同的世界产生连接。我们每年都尝试开展新活动，无论是语言、写作，还是绘画、烹饪课程都得到了极大的支持。当地的文化宫(Kulturhaus)会特别围绕中国主题举行文化日活动，人们可以学汉字、学做中国菜，迪特福特的中餐馆也会参与进来，确实很棒。
2019年，迪特福特“中国人狂欢节”主角“福高帝”将“御厨证书”颁发给在当地经营餐饮业的华人袁金永夫妇。袁金永是德国中餐烹饪联合会会长、迪特福特“七仙镇酒楼”总裁。袁金永 供图迪特福特有两家汽车行业的公司与中国保持着非常密切的业务往来，在中国有大量销售及生产。从这一点来看，我们的伙伴关系非常好，非常积极。
2014年以来，我们与南京市建立了友好城市关系。我计划在2024年带经济界代表团访问南京，对此我非常期待。
中新社记者：为促进中德友好，迪特福特有哪些经验可以分享？
贝尔恩德·迈尔：就我自身而言，我去中国已有十次了，到访过香港、上海、北京、南京等地，并在这些地方受到欢迎。
就像我此前谈到的，互相拜访很重要。我们要试图了解对方国家的文化和结构，不要想当然认为中国作为一个经济强国，可能会做伤害我们的事。与之不同的是，如果没有中国，我们在德国巴伐利亚可能也不会这样富足。
如果其他城市间有类似的伙伴关系，就应该用心经营。要维持这种伙伴关系，就一定要互相拜访，否则这种关系可能会“沉睡”或停止。进行实地交流是最重要的事情，这有助于加深对对方城市的了解。(完)
受访者简介：
贝尔恩德·迈尔(Bernd Mayr)，1968年2月19日出生于迪特福特。自2020年5月起担任迪特福特第一市长。
（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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