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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）

烧瓷出身的“猛子政委”黄火星中将******

　　黄火星，江西省乐安县人，1909年7月出生，1930年11月加入中国共产主义青年团，翌年转为中国共产党党员，1955年被授予中将军衔。他身经百战、赤胆忠心，先后参加了土地革命战争、抗日战争、解放战争。新中国成立后，他担任共和国首任军事检察院检察长，是军事检察事业的开创者。

　　在反抗压迫中接受进步思想。1916年，因中原军阀混战和连年天灾，年仅7岁的黄火星就不得不同父母一起逃难至江西。为了拿钱给中途病逝的母亲安葬，他被卖给了当地陶瓷厂黄姓工人为子，并在陶瓷厂当学徒。1929年初，黄火星与共产党人余金德等人结为好友，在他们的教育和启发之下，黄火星开始接受进步思想，认识到自己被工厂资本家剥削的现实，开始反抗工厂老板的压榨。同年端午节，黄火星参加了党领导和发动的雄黄酒罢工运动。罢工运动在景德镇持续了一个多月，黄火星始终坚持在斗争一线，积极联合工友一起向反动政府施压，最后反动政府不得不释放被捕的工人，并答应了为工人们改善伙食的要求。罢工运动的胜利让黄火星感受到了工人阶级的强大力量并极大鼓舞了他参加革命的斗志。

　　1930年7月，红军第二次占领景德镇，并成立了市总工会，黄火星被任命为市总工会青年部宣传员。他积极向当地百姓宣传红军的政策，并用自己的亲身经历激励大家踊跃参加红军。红军撤离景德镇后，国民党反动派卷土重来，在景德镇到处捕杀共产党人和革命群众。黄火星便随市总工会纠察队转移到乐平众埠街，加入了浮梁游击大队，担任宣传员兼司务长，后来被派往赣东北特区葛源军政学校学习。

　　在土地革命战争中成长为“猛子政委”。军政学校毕业后，黄火星先后担任江西弋阳第四游击队政治委员、贵余万游击纵队俱乐部主任和赤色警卫师第1团团委书记等职。1932年5月，赤警师在发动地方暴动中失利，部队被打散，第1团团长和政委与部队失去了联系。黄火星毅然担起了收拢部队的任务，带领身边的几个战士四处打听，寻找失踪的战友，先后收拢了200余人并将他们送到信江北岸。随后，这支队伍被命名为红军独立第10团，黄火星担任政治委员。在此期间，黄火星带领部队积极与国民党军队开展游击斗争，巧妙利用灵活机动的战术对国民党部队进行打击和袭扰，并截获了大量军火和物资，部队装备得到改善，队伍不断壮大。

　　翌年1月，黄火星被任命为红11军第33师第95团政治委员，并参加中央苏区实施的第四次反“围剿”斗争。红11军所担负的任务是伪装成中央红军主力，从新丰渡过抚河进入黎川，吸引并牵制国民党军第36师主力。在战斗过程中，黄火星身先士卒，带领部队猛冲猛杀，就像一台战斗机器，只要号角声一响，他立刻带着部队上前厮杀，战友们互相调侃：“这哪里是个火星，这分明是个猛子嘛！”于是“猛子政委”的称号就在部队里流传开了。

　　在抗日战争中屡建奇功。卢沟桥事变后，全国进入了全民族抗战阶段。黄火星所在的闽西南部队被改编为新四军第2支队，黄火星担任支队第3团团长。他积极带领部队在横山、小丹阳地区开展抗日斗争，但条件十分艰苦，部队十分缺少物资给养和武器弹药。在一场战斗中，每个战士平均只能领到3发子弹，子弹打完了就只能和敌人肉搏拼刺刀。面对严峻的现实困难，黄火星不等不靠，带领部队自力更生，积极从敌人手里夺取物资和装备。在一次侦察中，黄火星发现安徽当涂至芜湖之间的日本军列时常会运输大量装备和物资。他便率领部队袭击了一辆军列，击毙了数十名押运的日本兵，缴获了大量武器弹药、毛毯和大衣，部队装备和给养得到很大改善。

　　1938年8月，日伪军在小丹阳地区为非作歹，抢劫村庄，残害百姓。黄火星听闻后，率部对日伪军进行袭击，毙伤340余名敌人，缴获大量枪支弹药，沉重打击了日伪军的嚣张气焰，为当地百姓出了一口恶气。1938年冬天，驻守南京的日军联队长凤山少佐集合了2000多名日伪军，将根据地进行四面合围，并对横山东北部的龙王山进行猛烈攻击，妄图一举消灭黄火星部。面对严峻复杂的形势，黄火星决定采取内外夹击的战法来对付日伪军的“扫荡”。他预先将两支队伍派到包围圈外作战，自己带领两个连队防守龙王山351高地。他率部在龙王山构筑了战壕、沟壑等掩体，利用树林、灌木作掩护，在外围两支队伍配合下，连续数次击退日伪军的疯狂进攻。战斗持续了两天两夜，黄火星部共击毙200余日伪军，缴获100多支步枪、4挺轻机枪，反“扫荡”斗争取得了初步胜利。

　　在军事检察事业中坚守原则。1955年5月，中央决定建立军事检察院，黄火星被任命为军事检察院筹建工作负责人。面对我军历史上和新中国检察史上的全新任务，黄火星将这个任务作为自己的全新挑战。军事检察工作是个全新事物，对一个长年带兵打仗的军人来说，更是毫无经验，一切都要从零做起。黄火星迎难而上，不懂法律就报名接受中国人民大学法律系函授教育，一有时间就去学习法律知识。工作中，他会随身携带一个公文包，将法律学习资料和工作文件装在里面，走到哪里闲下来就开始学习，以便自己能尽快掌握法律体系。在政策制定和人员调配上，他都事必躬亲，经常与工作人员谈论交流，虚心听取法律专业人员的意见建议。在他的各方协调和领导下，经过不到一年时间的筹备，就在全军各级建立起了军事检察机构并逐步走向成熟。在军事检察工作中，他始终坚持一切从实际出发的原则，严格区分两类不同性质的矛盾，落实中央对肃反工作的方针和政策，坚决做到“有反必肃，有错必纠”。在全国开展反右斗争活动中，他坚持实事求是的原则，努力抵制反右扩大化的错误做法。1971年4月27日，黄火星因病医治无效不幸逝世，终年61岁。（赵珠颜）

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）