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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）

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二十大代表风采丨“千里背母上大学”的刘秀祥返乡任教十年：一个都不放弃******

　　中新网贵阳10月7日电题：“千里背母上大学”的刘秀祥返乡任教十年：一个都不放弃

　　作者周燕玲

　　2022年，是刘秀祥回到家乡贵州省黔西南布依族苗族自治州望谟县教书育人的第十个年头，身为望谟县实验高中副校长的他，更为人熟知的一个身份，是14年前“千里背母上大学”的主人公。

　　“80后”的刘秀祥出生在望谟县弄林村，幼年时父亲因病去世，母亲因伤心过度患上了精神疾病。小学三年级时，哥哥姐姐外出谋生，母亲病情加重，家庭生活的重担全压在了刘秀祥身上。

　　命运的苦难并没有将他击垮，反而更加刻苦，小升初时以全县第三名的成绩考到县城中学。从老家到县城，刘秀祥携母踏上了漫漫求学路。进入高中，一边努力学习，一边利用课余时间捡废品维持生计，他累并憧憬着。

　　2007年高考，他却因病失利；2008年再次奋战考到山东上大学，当年9月他再次带着母亲去求学，“千里背母上大学”的他感动了无数人。走出大山进入大城市，是很多山里孩子的梦想，刘秀祥也是这样想的。2012年，刘秀祥即将大学毕业，最初他并不打算回贵州工作，而是计划在外省找一份好工作，再寄钱回去帮助需要帮助的人。

　　然而，因为刘秀祥大学期间资助的一个妹妹刚好初三毕业，却选择了不读书，无论刘秀祥怎样劝都没有用。于是，刘秀祥毅然选择回到望谟县，他要去告诉那些曾经像他一样贫困的孩子或是迷茫中的孩子，“人生一定要有梦想，即使遇到困难和挫折快要放弃时，一转身我就站在身后。”

资料图：刘秀祥在瓮安县与学生们交流。　受访者供图

　　“我能给予他们动力，为什么？刘秀祥能走出来，他们一定能走出来，因为他们不需要像我那样带着母亲四处奔波，不需要像我那样艰辛。”刘秀祥坦言，自己通过读书走出了大山，看到了外面世界的美好，想回来告诉山里的孩子外面的世界很美好。

　　2012年，回到望谟县的刘秀祥成为一名乡村教师，同年8月他发起“助学走乡村行动”，最初主要是进行劝学活动。刚开始是他自己和几个老师，骑着摩托车走村串寨，四处劝学。因为很多家长的不支持，刘秀祥吃了不少闭门羹。

　　“曾遇到一个小女孩，由于父母思想落后，初三毕业后，家人就安排外出务工补贴家用。”于是，刘秀祥就骑着摩托车去劝说，无论他怎么讲，学生家长就是不让孩子回校读书，半年时间刘秀祥去了12次，最后一次惹怒了学生家长，家长把拴着的狗给放了，刘秀祥被恶狠狠的狗追着满村跑一头栽到坎下，后脑勺被磕破了，至今还留有疤痕。

　　然而，越是这样，越坚定了刘秀祥劝学的信心。10年来，刘秀祥骑坏了8辆摩托车，遭受不解和谩骂的他却从未想过放弃，成功让1800多位学生重返校园。劝学期间，刘秀祥又发现，劝回学校的孩子没过多久又不见了，主要原因是学生家里生活困难。

资料图：刘秀祥在与学生互动。　受访者供图

　　为此，刘秀祥开始了助学活动，最初是他自己出钱，后来又找朋友、找同事借钱。由于捐资助学体量大，刘秀祥就拿着孩子的资料去找县城的“小老板”，他去过五金店、餐馆、超市等地，用他的话说，“为了孩子，自己可以连尊严都不要。”

　　助学期间，刘秀祥还时刻呵护学生的自尊心。2013年，刘秀祥班上有一位女学生一周内找了他五次，每次都是同一个话题，就是不读书要外出务工，后来刘秀祥去学生家里家访才得知，她妈妈和叔叔智力障碍，爷爷年迈多病，她和弟弟上学，只靠父亲一人务农养家。

　　当时，刘秀祥没有资助的资源，就自己出钱解决那位女学生的学费和生活费，“但是孩子自尊心很强，她看到我资助的还有许多同学，她死活不要，后来就骗她说是对接外面好心人资助的。”

　　直到那位女学生考上大学，一次偶然的机会，她在刘秀祥家里看到了自己曾经写给资助人的所有信件，她才知道一直是刘秀祥在资助自己。如今，那位女学生已大学毕业，并回到望谟工作。

　　2016年开始，刘秀祥围绕公益讲座、教师培训、学生德育教育、学生资助成立名师工作室，吸引校内、校外的教师加入其中，通过演讲，刘秀祥助学活动的队伍和资源逐渐增加，有教师、企业、爱心人士，甚至教出来的学生也加入进来。

资料图：刘秀祥在望谟县实验高中给学生们作主题班会。　受访者供图

　　10年间，刘秀祥发起的助学活动涵盖了小学、中学和大学的学生，目前对接资助的孩子有4200多人。10年教育路，刘秀祥见证和参与家乡的发展，2012年望谟县1000多名学生参加高考，考上本科仅70人，10年后的2022年，望谟县全县参加高考的人数2420人，本科上线人数达1302人，教育质量从黔西南全州挂末提升到全州前三。

　　“十年教育的生涯让我意识到，越是偏远的地方越需要优质的教育，每个孩子都应该有更好的未来，无论他出生在哪里。”刘秀祥说，未来会一如既往地走下去，充分发挥名师(劳模)工作室的引领和辐射作用，一个都不放弃，帮助孩子们树立自信，让更多孩子通过读书走出大山改变命运。

　　作为出席中国共产党第二十次全国代表大会的代表，同时也是千万个扎根山区教育工作者中的一员，刘秀祥坦言，自己主要关注乡村教育和乡村教师方面，希望充分利用好特岗教师资源和发挥好特岗教师的作用，同时给予更多山区乡村教师学习成长的机会和平台。(完)