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）
【我们这十年@坐标中国】“逆行”重器中流击水，创造救援速度奇迹******
中新网北京10月12日电题：“逆行”重器中流击水，创造救援速度奇迹
记者 左宇坤
以精锐之“能”，护百姓之“安”，每一次极速救援，都是一场全力以赴，是承诺更是本色。
降水量创纪录、多地洪涝、堤坝溃口……今年夏天，暴雨不断的辽宁牵动无数人的心。
洪水来袭，绕阳河突发溃口。中国安能集团(应急管理部自然灾害工程应急救援中心)分别从北京、唐山、武汉、成都等多个方向调集专业救援力量250余人，调度280余台套装备，执行堤防溃口封堵任务。
“成功合龙！”经过6天鏖战，伴随着现场的欢呼声，终于迎来了胜利时刻。
向险而行，决战绕阳河
今年入汛以来，辽宁全省迎来了多轮强降雨天气，盘锦市的降雨量也比往年偏多7成，绕阳河盘锦段更是出现了有水文记录以来的最大洪水。
8月1日，绕阳河左岸曙四联段一处堤坝出现严重透水导致溃口，宽度一度扩展到51.7米。奔流的河水迅速倒灌，盘锦市紧急启动了防汛一级预警。
当地居民还记得，被洪水侵蚀过的沥青路面成片掀起，有的路段已经塌落，洪水几乎没过农户房子的屋顶。
危难之时，一场惊心动魄的溃口封堵战打响。
狭窄的堤坝上，硬实力与新科技集结：推土机、挖掘机、自卸车等重型工程救援装备有序作业，倾倒石料并推平压实；全站仪、多波束无人侦测船、测流无人机组成“海陆空”组合，对溃口口门宽度、溃口水位高程、溃口附近堤坝变形情况、河底冲刷数据进行动态监控。
“以多波束无人侦测船为例，它就像三维彩超一样，能清晰地看到水下的溃口情况，绘制溃口处水下情况图，为专家组制定封堵方案提供第一手准确动态数据。”参加盘锦绕阳河溃口封堵的中国安能集团安全总监王永平介绍。
20米、13米、6米……在千万网友的关注下，经过不分昼夜的连续作业，溃口距离一点点缩小。终于在6日，被洪水冲开100多个小时的河堤完全合龙，溃口南北两侧的抢修人员握手相遇，摇旗欢呼。
辽宁盘锦绕阳河堤坝溃口封堵现场。 中国安能集团 供图装备更新，十年大不同
争分夺秒救人，全力以赴抢险。在工程救援领域，场场都是大仗、硬仗。
干旱、洪涝、滑坡、泥石流、地震……在触目惊心的自然灾害面前，人类显得特别渺小。后续的自然灾害工程救援过程中，也常常伴随着通信中断、滑坡、泥石流挡路，巨石挡道等各种复杂情况。
天灾无情，但中国救援队伍却从未向大自然的力量低头。持续加大关键技术攻关和关键装备研发力度，提高专业化技术装备水平和防灾减灾救灾能力，只是为了让救援的速度快一些、再快一些。
2008年汶川地震，救援队伍使用短波电台传出震中消息，这种电台需要专人操作，远距离通信还得架设地面天线；如今，救援队伍用上了天通卫星电话，小巧方便，全天候待机，随时向指挥所报告最新动态。
准确收集掌握险情信息是科学指挥决策的关键。以前，救援队伍依赖纸质地图进行灾情侦测；如今，有了“天地水”三位一体侦测设备，前方第一时间对灾区进行三维数字建模，利用通信装备回传到后方指挥所，实时指挥。
从人工装填沙袋，到砂石自动装袋机；从冒着生命危险驾驶装备开辟生命通道，到无人遥控挖掘机；从笨重的工程作业机械，到多功能、轻便化的应急救援装备……科技抢险利器的广泛应用，让救援队伍如虎添翼。
“研制这些装备，既是为了不断提升抢险救援能力，完成以往不可能处置的险情，也能够对人力进行补充，完成以往需要花费更多人力、时间才能完成的救援工作，更好提升抢险救援质效。”中国安能集团总工程师张利荣说。
救援现场。 中国安能集团 供图科技赋能，救援提质效
2021年7月，河南省新乡市中北部遭受大暴雨、特大暴雨。洪水没过了庄稼和低矮的房屋，上千名群众被困在屋顶等处等待救援。怎样才能把他们快速安全地转移出来？
八方而来的救援队伍中，被誉为“救援航母”的动力舟桥位列其中。传统搜救过程里，一艘冲锋舟只能坐5-6人，如果水里有各种杂物，还经常会被搅进螺旋桨里。
由河中舟及岸边舟组装拼接而成的动力舟桥，则可快速架设成各种形式的浮式结构，能够适应3.5米/秒的流速，抵抗较大流速的水流冲击。最多可运载500人或70吨级重型装备和车辆，集浮桥、渡运于一体，有效解决了涉水抢险难题。
风雨中架起“生命之舟”。经过近4个小时的持续救援，动力舟桥分7个批次，将1400余名被困群众全部成功转移。
暴雨袭城，城市中大量积水形成内涝同样会对生产生活产生巨大影响。大功率排水抢险车，便适用于城市道路、公路隧道、无电源地区排水及消防应急供水防洪抢险。
垂直式大功率排水抢险车排水扬程高度可达22米，相当于能把水喷到7层居民楼房的高度；“吸水能力”最为强悍的5000型大功率排水抢险车一小时能排5000方积水，可以迅速用于城市内涝积水清理。
风雨之中，危难之处，总有一抹橙色的光，向险而行、不辱使命。以愈发先进的科技装备，以大幅提升的救援效率，以源远流长的团结精神，中国人打造出独一无二的中国救援速度。(完)
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