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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）

声光掠影 照见未来******

　　【乌镇聚焦】

　　光明日报记者 王禹欣 陈海波

　　11月8日，“携手构建网络空间命运共同体精品案例”发布展示活动在乌镇亮相。活动以“讲故事”的形式，运用机械臂数控LED屏、裸眼3D等创新手段，全景呈现全球征集评选出的12项精品实践案例，充分展示了构建网络空间命运共同体的显著成果，为观众带来了一场视听盛宴。专家认为，这些案例为构建网络空间命运共同体提供了探索经验。

　　基础设施根基

　　“一机在手，永不失联！”活动现场，“北斗系统服务全球，造福人类——携手共建网络空间命运共同体”案例刚一发布，便吸引了大家的眼光。

　　“作为全球卫星导航系统四大供应商之一的中国北斗，已在2020年完成了全球组网，开始向全球提供全天候、全天时、高精度的定位、导航与授时服务。”中国卫星导航系统管理办公室主任冉承其很自豪地说，比如，基于北斗的无人机，大大提高了莫桑比克的水稻作业效率；有了北斗，布基纳法索一家新医院的建筑测绘时间节省了一半。

　　“全球5G大会”实践案例也让大家看到了夯实基础设施的重要性。中国信通院移动通信创新中心副主任徐菲介绍，全球5G大会积极开展5G增强关键技术研究，共同探讨新技术趋势、新应用场景，推进移动通信技术升级演进和创新迭代，以5G增强技术为新的起点迎接万物智联时代的到来。

　　与5G一样，IPv6也是非常重要的信息技术。由多位专家发起的“推进IPv6规模部署向纯IPv6发展联合倡议”，入选了此次精品案例。倡议指出，IPv6将给我们带来更快的上网速度、更安全的上网方式以及更好的隐私保护能力，为此，倡导社会各界加大IPv6技术的融合创新、加速纯IPv6的实践应用以及加强IPv6产业生态建设。

　　“IPv6真正实现了‘让地球上每一粒沙子都能拥有IP地址’，让更多的用户和设备可以接入互联网，让万物互联、元宇宙成为可能。”下一代互联网国家工程中心副主任张旭东说。

　　社会发展新动能

　　“海外消费者从中国网购下单，10天以内即可送达，运费仅相当于一杯咖啡的价格”，这背后正是数字技术助力。这是菜鸟网络CEO万霖分享的案例。据他介绍，菜鸟陆续建设了一批全球数字物流枢纽，还通过推广数字技术提升全球物流效率。

　　“全球能源互联网实质是‘智能电网+特高压电网+清洁能源’，不仅将推动电力基础设施提质升级，还将促进能源、信息、交通‘三网融合’，为可持续发展提供重要载体。”全球能源互联网发展合作副秘书长程志强介绍了“能联全球”数字化平台案例，该平台有力推进了全球能源互联网建设。

　　思爱普大中华区副总裁裴金林向大家讲述了可持续数字方案。“作为一家植根中国30年的外企，思爱普希望更好地赋能中国企业及政府部门通过数字化手段实现双碳目标。”

　　数字技术还可以不断拓展网络空间，推动文化传播。

　　敦煌研究院院长苏伯民表示：“我们借助互联网平台和技术，构建起‘数字敦煌’这一集成化的大型石窟数字资源保障体系和互联网综合敦煌文化服务平台，向世界展示古代文明的结晶，向国际社会传播中华灿烂文明之光。”

　　作为“亚洲文明对话大会”系列活动之一，“亚洲数字艺术展”2019年以数字沉浸方式，为百余位驻华使节及商会代表奉献了一场独特的表演。“那一刻，数字文化交融超越了文明隔阂。”北京唐影众线文化传播有限责任公司执行董事王鹏说。

　　安全高效网络空间

　　网络安全，是构建网络空间命运共同体的重要基石。国家计算机网络应急技术处理协调中心（CNCERT）选送的“CNCERT网安事件处置合作”案例，让大家看到了中国在推动维护网络安全方面的努力。

　　国家计算机网络应急技术处理协调中心浙江分中心高级工程师何能强分享了一个网络安全事件处置经历：一家仿冒的中国金融机构网站，长期占据搜索引擎榜首位置，用户很可能因此被骗。CNCERT紧急联系协调该搜索引擎公司，快速解决了排名问题，降低了用户资金被盗取的风险。

　　5G时代，安全先行。中兴通讯分享的是“5G基础设施和数据内生安全的国际化实践”案例。

　　据中兴通讯首席安全架构师闫新成介绍，中兴通讯围绕硬件、操作系统、数据等核心资产，面向智能制造、智慧医疗、数字政府、协同办公等场景进行了体系化的安全设计，为行业客户提供了终端可信接入、网络弹性隔离、专网数据保护、安全可视运维等一体化的5G安全解决方案。目前，中兴通讯已为全球20多亿用户提供了安全可信的网络通信。

　　数据跨境安全流动也是一个亟须重视的问题。“海量的数据跨境流动支撑着全世界的科研、贸易和经济活动，跨境数据流动已成为连接全球经济的重要纽带。然而，国家和地区对安全责任的不同要求导致数据不敢共享，对技术选择的共识不足导致数据不会共享。数据跨境迫切需要建立合规有序的流动机制。”澳门数字化发展协会理事张汉卓说。

　　由澳门数字化发展协会与欧盟国际数据空间协会一起探索的“中国澳门-欧盟数据跨境流动实践”，入选了精品案例。据张汉卓介绍，他们探索出一套包括规则、技术和管理的治理机制，采用IPv6、隐私增强、区块链等技术实现数据流动的可追溯和可管控。

　　“随着项目的实施，数据不敢共享和不会共享的问题正在逐步解决，科研交流和国际项目合作得到了全面加强。”张汉卓说。

　　《光明日报》（ 2022年11月09日 10版）

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）