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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）

烛红剪影,负笈而饴******

　　大连理工大学软件学院“烛红剪影,负笈而饴”寒假实践团于1月8日来到辽宁省沈阳市拜访辽宁省剪纸艺术大师，满族剪纸非物质文化遗产代表性传承人赵聪卓先生，希望通过学习非物质文化遗产—中国剪纸，来欣赏民间文俗艺术，传承中华传统文化，增添氤氲红火年味。

　　剪纸铺平江，雁飞晕字双

　　杜甫曾写道“暖汤濯我足，剪纸招我魂”。剪纸是一种用剪刀或刻刀在纸上剪刻花纹，用于装点生活或配合其他民俗活动的民间艺术。而赵先生所传承的满族伊尔根觉罗氏剪纸是中国剪纸的一个类别，早在康熙二十年就已经流传，到了20世纪中后期便作为喜庆吉祥的象征走进了家家户户，并在2016年，被营口市政府评为营口市非物质文化遗产代表性项目，两年后再次被营口市政府评选为“营口礼物“。

　　对于剪纸文化，赵先生这样说道说：“剪纸是人民对美好生活向往的最好表达，交融于各族人民的社会生活，是各种民俗活动的重要组成部分，在我的记忆里过年时会贴窗花，结婚时会贴喜字，生孩子时也会贴剪纸，可以说剪纸是扎根中华千年刻入民族骨髓的文化艺术”

　　赏翦彩精巧，习文化源远

　　实践队员在到达伊尔根觉罗氏剪纸馆后，先在赵先生的带领下进行了参观，欣赏了不同形态、不同用途、不同风格的剪纸，对眼前琳琅满目的艺术品充满了惊叹与喜爱。

　　随后，赵先生就剪纸文化为同学们进行细致的讲解。首先是剪纸的历史和意义“自古中国便有剪纸的习俗，剪纸能直接反映劳动人民对美好生活的向往，它不仅是审美上的满足，更是精神上的寄托”。接着，实践队员了解到现代剪纸有别于传统剪纸，南派多用阳刻的手法，细腻玲珑，而北派则多用阴刻的手法，厚重粗犷。现代剪纸大多将两种手法结合使用，这需要传承人扎实的基本功和敢于创新的勇气。好的一幅剪纸作品需要讲究五门功课“圆尖方缺线”。力求圆要饱满，尖要挺拔，方要整齐，缺要有序，线要流畅，每一项都要求匠人有极强的耐心和细心。并且一幅小小的剪纸，却要经历折纸、画图、剪镂、贴裱四个复杂充满学问的流程。比如纸的选择上，需用宣纸染的红、黑、紫、深蓝等色纸或地方生产的毛边纸染的大红、大绿土产纸，这些纸薄而松，质地结实，而非大家想象普通的白纸便能胜任。

　　接着，实践队对传承人进行了采访，并提出了自己对剪纸文化的疑惑与不解。“好的剪纸设计需要与沟通和思考，需要从量变到质变，需要扎扎实实的基本功”一幅优秀的剪纸作品往往需要花费匠人大量的精力和时间来完成，而随着传统习俗的改变和社会现代的变革，如今愿意传承剪纸这项非遗文化的年轻人越来越少。赵先生说，这更需要他们传承人积极挖掘和思考时代特色，在保留文化底色的情况下，与主流相结合，做一个有时代温度的传承者。他相信源于民间的剪纸文化能再次适应时代，作为各家各户的符号来呈现出新时代的新活力。

　　秉持传统，融入时代

　　在被问及如何更好传承剪纸文化，赵先生说：“我认为传承的关键在于如何融入新时代，用新时代的叙述方式去讲好非遗故事。若是剪纸要单纯依靠一家小店以售卖或者体验的形式去宣扬剪纸文化，那么力度肯定是不够的。怎么利用好新时代？我认为一个是通过和大企业合作，把剪纸元素融入进他们的产品中，让大家有更多接触到剪纸的机会。第二个是运用像抖音，B站这样的新媒体平台，比如像李子柒，用新媒体让全世界认识到了中国田园诗般的美，剪纸也是一样，能把艺术用喜闻乐见的方式传达给大众很重要，第三个是融入其他艺术，比如把剪纸元素融入到舞蹈、戏剧、建筑这样的艺术中，“众人拾柴火焰高”嘛，不同艺术的抱团也对弘扬也非常有益“。

　　“薪火相继承千年底蕴”，实践队员对此感触颇深，一代又一代的文化工匠，秉承先祖遗训技艺，将这美好精妙传承。而他们传承的不仅是一门门精美绝伦艺术，更是一种种中国人的情绪的表达，一缕缕中华民族文化自信的魂和神。

　　纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行

　　通过传承人的讲解与指导，实践队员决定尝试自己剪出一幅的剪纸，切身感受剪纸过程中的酸甜苦辣。

　　在艰辛的实践下，队员们剪出了精美喜庆的剪纸

　　通过一天的实践，实践队员对剪纸文化的美有了更为深刻全面的认知，并亲身体会到了剪纸制作的艰辛不易，收获了展出成品时的自豪喜悦，同时了解到同剪纸一样的非遗文化在传承和弘扬上面临的困境和挑战。在更直观地体悟到保护非遗文化的重要与困难后，实践队与传承人展开了讨论，得出了更好保护非遗文化的方法：大众层面，我们应自觉地学习了解非遗文化，并落实在行动中，切身体会非遗文化的美，匠人方面，要耐得住寂寞，坐得住板凳，以虔诚沉稳的心对待非遗艺术，并且不能一昧固守传统，而要让非遗艺术融入新时代并随时代发展，展现出新的活力，政府部门方面，既要加大对非遗文化的投资，不让传承匠人因经济等原因而放弃，还要多加建设非遗文化的展现平台，让非遗文化更多地走进寻常百姓的生活。通过这样三管齐下，实践队相信非物质文化遗产一定得到根本性的保护、传承与发展，中国非物质文化遗产也一定能走向大众，走向世界，走向未来。（孙泽昕）

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）