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 | 人类首次不停靠环航北冰洋 翟墨：如何通过航海沟通中西？******
中新社北京1月18日电 题：人类首次不停靠环航北冰洋 翟墨：如何通过航海沟通中西？
中新社记者 万淑艳
从上海出发，历经504天，航程28000余海里，有着“环球航海中国第一人”之称的航海家翟墨穿越北极“死亡航道”，经受极地气旋、冰山、大雾、巨浪等艰难险阻，近日完成了人类历史上首次不停靠环航北冰洋之旅。
从古迄今，东西方航海家不断探索海洋文明，促进不同文明交流互鉴。如今，海洋生态灾害频发，突发环境事故不断，海洋治理问题成为全球共同面临的课题。翟墨近日接受中新社“东西问”专访时表示，航海改变了其世界观，从陆地上看海洋与从海洋上看陆地，视角完全不同，各国应海纳百川，求同存异，共同发展，和平利用海洋资源。
视频：【东西问】人类首次不停靠环航北冰洋 翟墨：如何通过航海沟通中西？来源：中国新闻网
现将访谈实录摘要如下：
中新社记者：历时504天、航行28000海里，你完成了人类历史上首次不停靠环航北冰洋的壮举。你发起此次航行的初衷是什么？
翟墨：2002年，我在荷兰认识了一位名叫汉克的航海家。他在北冰洋航行时，被冰川冻住了航路近一年，次年夏天才得以返航。听汉克回忆这段经历时，我已有两年航海经验，于是也想尝试环航北冰洋。
我还拥有联合国开发计划署“捍卫自然”宣传官等身份，这次航行不仅为了实现梦想，而且希望让更多人关注全球变暖和灾害性气候问题。去年我们航行时，西伯利亚气温已达37摄氏度。如果南北极冰川继续融化，再过几十年，很多岛国或将不复存在。我呼吁全球民众重视环保，热爱地球，减少碳排放。
翟墨环航北冰洋照片。受访者供图中新社记者：为何此前无人完成不停靠环航北冰洋？
翟墨：首先，前些年气候变暖没这么快，布满冰川行驶困难，而且北冰洋气候条件复杂，危险重重。其次，过去北极东北航道和西北航道多是分开航行，东北航道有很大面积处在管控区，航行不便。
翟墨环航北冰洋照片。受访者供图中新社记者：北极航道大部分时间被厚厚的冰层覆盖而被称为“传说中的航道”，而北极东北航道又被称为“死亡航道”。你在环航中经历了哪些惊险时刻？
翟墨：我和两位船员于2021年6月30日起航，最初计划历时约4个月，全程16000余海里，但途中遇到了各种艰难险阻，让航程延长了1年多。
北极东北航道危机四伏，被称为“死亡航道”，白令海峡、楚科奇海、巴伦支海等都是后人为纪念在此遇难的航海先驱而命名的。茫茫大海上突然出现的浮冰和冰山就像墓碑一样矗立在那里，航海最怕的就是浮冰，我们基本顺着冰缝走，而浮冰是移动的，再加上洋流，有时想躲都躲不开。
这次我选择了铝合金材质的帆船，如果和冰山相撞，这种材质可能只出现凹陷，不至于被撞出大洞。
翟墨环航北冰洋照片。受访者供图出发前，我们按最极端状况准备了六七吨物资，储备了足够一年的粮食，有馕、牦牛肉、山东煎饼，还准备了能够抵御零下50到零下70摄氏度的睡袋，并且带了鞭炮、信号枪用来驱赶北极熊。
我们刚进入白令海峡就遇到了极地气旋，大量浮冰和冰山被吹到沿岸，很长时间都在浮冰中谨慎穿行。在航经楚科奇海时，浮冰与大雾叠加，能见度只有十多米，50多海里行驶了11个小时。极地气旋的十级大风还把头帆、前桅支索吹坏了。
翟墨环航北冰洋照片。受访者供图我们抵达北地群岛附近时，窗口时间只有10天左右，若通不过，船体随时会被冻住。当时所有仪表、指南针全部失灵，体会到了什么叫“找不着北”。我们尽可能靠近陆地行驶，幸亏还带了光纤罗经，在目测辅助下才驶出那片海域。
翟墨环航北冰洋照片。受访者供图在冰区时我们轮流驾船，24小时无休，但还是在格陵兰附近撞上了冰山，浮冰不断涌来，导致船体渗水。
完成环航后，我们在美国波士顿上岸，第一件事就是检修船只。后来沿着北美东海岸南下，经北大西洋、加勒比海、巴拿马运河，横跨太平洋，最终返回上海。
小船航行在巴芬湾。受访者供图中新社记者：你有20余年航海生涯。常年在海上航行，你与外国航海家有哪些交流？身处多元文化之中，给你带来了哪些收获和影响？
翟墨：1999年，我到新西兰举办个人画展，又接着拍纪录片，认识了一位挪威的航海家，他的探险经历让我对航海产生了兴趣，于是开启了航海之旅。第一站从南太平洋上的大溪地开始，我已经环球航行两圈，唯独南极洲还未去过，2023年我计划环航南极洲，完成第三圈。
驾船出海。受访者供图我的职业是绘画，航海只是业余爱好，我喜欢不断挑战更多未知。我比较喜欢欧洲绘画，接触航海后，我更喜欢原生态的图腾、土著艺术，南太平洋的土著居民生活淳朴、单纯、唯美。法国后印象派巨匠高更晚年就是在大溪地度过的。
航海改变了我的世界观。从陆地上看海洋与从海洋上看陆地，视角和理解完全不同。
这几年，我同外国航海家的交流也越来越多。从北冰洋返程时，途经美国、中南美洲，我接触了不同国家的航海家，大家在一起交流。开始航海后，国与国之间的话题反而成为局限性的话语，更多时候要站在全球视角看问题。陆地只占地球表面的29%，其它则被海洋覆盖。航海人之间的交流是更宏观的概念，比如全球气候变暖是航海人经常思考的问题，恶劣天气会导致各种危险。
翟墨在巴拿马。受访者供图 中新社记者：在15世纪，以东方的郑和与西方的哥伦布为代表，世界范围内涌现出一批航海家。从古至今，人类对海洋的探索如何促进了中西方间的沟通和交流？
翟墨：在西方人眼中，中国早期航海没有像西方一样实现“地理大发现”。而实际上，不管哥伦布还是麦哲伦，更多是带着侵略者的姿态去占有，进而实施物质文化殖民，不能称之为地理大发现。而郑和则是和平使者，以和平的方式走向世界、了解世界，没有像后来的西方航海家那样带着洋枪洋炮掠夺殖民。我更欣赏郑和下西洋带来的中外和平的文明交流。
翟墨在法属圭亚那。受访者供图中新社记者：当前全球海洋形势严峻，过度捕捞、环境污染、气候变化、海平面上升等问题频发，矛盾和冲突加剧，海洋治理成为国际社会共同面临的课题。作为联合国开发计划署“捍卫自然”宣传官，你认为国与国之间应如何加强合作保护海洋？
翟墨：我认为，世界各国应求同存异，共同发展，而非延续以往的强盗逻辑。海纳百川，和平利用海洋资源。
北冰洋的海鸟。受访者供图科学界有一个说法是“人类起源于海洋”，珠穆朗玛峰、泰山上都有海洋生物化石。各国像一个个孤岛，通过海洋相互连接沟通，因此人类更应该尊重海洋，加强合作，共同保护海洋。
北冰洋的海豚。受访者供图中新社记者：有观点认为，过去数千年历史长河中，中华文明更重视陆疆建设和发展，是典型的陆地文明。而西方国家更重视对海洋的开发和利用，也展示出西方文明中的海洋文明特性，你认同这样的说法吗？
翟墨：我不认同。中国历史上就是一个海洋大国。从宋代到明代，中国的造船技术和航海技术在全世界都无与伦比。“南海一号”沉船就是南宋古船。而郑和下西洋，2.7万人的舰队声势浩大。由于中国近代史的屈辱都来自于海洋，我们远离海洋太久了。很多学者把中国界定为陆地文明、黄土文明，这是错误的。我希望通过航海让更多人了解中国的海洋文化和海洋文明。(完)
受访者简介：
翟墨，航海家、艺术家，联合国开发计划署“捍卫自然”宣传官、中国航海科普大使。1968年出生于山东泰安。2007年至2009年，他完成了自驾帆船环球航海一周的壮举，成为“单人无动力帆船环球航海中国第一人”。2015年，领航“2015重走海上丝绸之路”大型航海活动，在沿途各国进行了文化艺术经贸交流活动，并在2015米兰世博会中国馆举行了主题日活动。2022年11月25日，完成人类历史上首次不停靠环航北冰洋之旅。
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