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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）

海南守护生态底线，“两山”转化的路径探索******

　　这是在海南五指山市水满乡拍摄的昌化江（无人机照片）。新华网发

　　1月的海南，处处绿水青山。

　　海南的绿水青山何以“金山银山”？

　　近年来，海南立足得天独厚的自然地理条件，牢固树立“绿水青山就是金山银山”的理念，因地制宜，坚持在开发中保护、在保护中开发，积极推动生态价值转化，让百姓在“两山”转化实践中受益。

　　小小茶叶 变成致富法宝

　　薄雾轻拢山间，民谣萦绕云天，郁郁葱葱的茶树冒出绿芽，黎族阿姐们在茶树间穿行，手指在茶尖跳跃，一片片嫩绿的茶芽落入茶篓，人与自然融为一体，画面清新和谐。

　　这是海南五指山市的毛纳村景色（无人机照片）。新华网发

　　“去年上半年，我家依靠卖茶收入4万元。”五指山市水满乡毛纳村村民王菊茹说，种茶卖茶不光让她能供养4个孩子读书，生意还做到了外地，不少游客线上与其订购茶叶。

　　走进毛纳村，清澈的水流穿村而过，清凉的山风吹拂着水面，水车正悠悠转动，放眼望去一片青绿。优美的景色、新鲜的空气、清香的红茶吸引着各地的游客纷沓而至。

　　“村子里游客多了，一天忙活下来，我能挣到上百元。”水满乡毛纳村村民王叶侦正坐在凉亭里织着黎锦，身旁摆放着手工茶叶和黎锦服饰，吸引着游客驻足购买。

　　水满乡毛纳村小组组长王国刚介绍，毛纳村共33户128人，过去村民选择外出打工，如今村里茶叶产业逐步发展，建成570亩的茶园，吸引了大量村民留村就业，超80%的农户种植茶树。去年“五一”假期，全村共计接待游客近3000人次，获得旅游收入超10万元。

　　围绕茶叶，五指山市将继续做大品牌影响力，用好五指山红茶的国家农产品地理标志，发挥品牌效应，将五指山红茶“走出去”，以茶促旅，以旅兴茶，助农增收促进乡村振兴，让茶叶变成农民的“金叶子”。

　　这是海南五指山市的毛纳村景色（无人机照片）。新华网发

　　菌俏菇靓 一片土地多种收入

　　走进白沙黎族自治县青松乡，一缕缕阳光穿过橡胶叶，洒向林下的菌菇大棚。大棚中，工人正细心地检查、照顾着红托竹荪、虎奶菇等菌菇作物。

　　“多打这样一份零工，家里经济更宽裕了，每天可以多炒一道菜。”女工符丽梅正在挥舞着锄头，刨出一条条半米宽的畦床，并将虎奶菇菌苗整齐地摆成两排。

　　充分利用每一寸土地，让每一片土地发挥更大的价值，青松乡基本建成1000亩菌菇种植园，预计全年能提供临时岗位1万余人次，助农实现稳定增收。

　　“我们以‘企业+村集体’合作的形式，利用流转来的橡胶林地套种猪肚菌、虎奶菇、红托竹荪等菌菇，去年村集体年收入达到69万元。”青松乡负责人说。其中，“橡胶+红托竹荪”产业经济效益最为显著。红托竹荪亩产达1500斤，按照平均价60元/斤，每亩可增加产值9万元。

　　近年来，白沙大力推广林下种植、林下养殖的生产方式，创新天然橡胶“宽行窄株”种植模式，将土地利用率提升150%，探索出橡胶“+红托竹荪”“+凤梨”的林下种植和橡胶“+五脚猪”“+山羊”“+蜜蜂”的林下养殖双模式，从林下蹚出一条致富新路，推动立体经济发展。

　　依托建设国家“两山”实践创新基地的契机，白沙积极打造“两山银行”，通过搭建运营平台，探索建立生态资源的“调查评估—收储流转—提升开发—风险监管”转化机制，实现“存入绿水青山，取出金山银山”，探索“两山”转化实践路径、推动生态价值转换的有效途径。

　　宜居宜业宜游 荒山变金山

　　作为海南典型的资源型市县，被誉为“海南聚宝盆”的昌江黎族自治县以高品位的“亚洲第一露天富铁矿”——石碌铁矿而闻名。经过多年的开采，石碌铁矿的露天铁矿趋于枯竭，裸露的山体就像一块块“伤疤”。

　　在海南省委、省政府的积极推动下，昌江通过探索实施“生态修复＋废弃资源利用＋产业融合”的矿山生态修复新模式，曾经大片裸露的土地和漫天灰尘消失不见，取而代之的是漫山遍野绿意盎然。石碌铁矿被重新赋予了矿山公园和矿山特色小镇的新使命。

　　“以前矿山开采的时候，噪音、炮声、大卡车声较大，灰尘也比较多。现在就不一样了，空气比较新鲜，环境变好了，身体也健康了。” 叉河镇叉河村村民豹爱萍说道。

　　海南石碌铁矿国家矿山公园管理中心负责人表示，通过创新矿山生态治理模式达到三方共赢的局面，未来的30年，这片区域都会有企业来管护，不会出现治理完就荒废的局面，生活在这里的老百姓可以长期享用这片绿水青山的福利。

　　王下乡“黎花里”。新华网发

　　王下乡是昌江向“绿色转型”的典范。王下乡位于海南霸王岭国家森林公园腹地，曾是昌江最偏远落后的贫困地区，有“海南小西藏”之称。如今，绿水青山环抱下淳朴黎乡风情，正吸引着越来越多的游客来到王下乡打卡。

　　初入王下乡，一栋栋修饰一新的船型屋民宿映入眼帘，向外望去，眼前是绿油油的稻田，远处是巍巍群山，看着家家户户的民房外墙上生动的彩绘，仿若身处流动的黎族文化博物馆。

　　“短短几年时间里，村子从破败不堪逐渐蜕变成如今的美景，每天还能看到各地来的游客，这在以前是想都不敢想的。”村民韩小春搬进了政府帮忙修建的新房，在家门口的民宿工作，每月能拿到3300元工资。

　　近年来，王下乡依托得天独厚的生态环境资源和黎族特色文化优势，积极探索“两山”转化的实现路径，推动全乡“拔穷根”“摘穷帽”。全乡已开设农家乐9家、民宿8家。2020年至2022年9月，王下乡累计接待游客23万人次，直接拉动旅游收入破千万元。2022年，脱贫人口人均纯收入近2万元，比2016年同比增长262%。

　　霸王岭深处的王下乡吃上了旅游饭，得益于丰富的热带雨林资源和生态环保的理念。“人不负青山，青山定不负人。”良好的生态环境是海南自贸港着力打造的核心竞争力之一。

　　绿水青山是心之所向，乡村振兴是民之所望。生态兴则文明兴，文明兴则促乡村兴。海南“两山”转化的实践还在路上，这条路也将是人民通往幸福的道路。（李笑涵 张铭琪 董鑫悦）

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）