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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）

乌镇“蝶舞”：挥动数字的翅膀******

　　【乌镇观察】 

　　光明日报记者 张晓华 陈海波

　　伴着秋日的金黄，“乌镇蓝”再一次吸引了全世界的目光。来自120余个国家和地区的近2000位代表将聚首这个桨声欸乃的江南水镇，为网络空间命运共同体建设献智献策。为营造“数字让生活更美好”的全新体验，本次乌镇峰会坚持用数字手段呈现数字成果，深化“线上线下”融合办会模式，积极运用元宇宙、数字孪生等先进技术，打造了互联网最新科技成果全方位体验场。

　　新科技引领“乌镇高度”新体验

　　“今年最想去的肯定是元宇宙城市体验馆啊！”小李是位元宇宙发烧友，对刚刚落成的乌镇元宇宙城市体验馆心仪已久。这座位于乌镇人民公园西侧的体验馆，是本届乌镇峰会的示范项目之一，由元宇宙平台企业墨宇宙参与建设。据了解，在11月10日即将召开的乌镇峰会城市元宇宙咖荟当天，除线下的分享交流活动之外，还将在墨宇宙大世界创世之城中心，线上同步举行乌镇元宇宙城市体验馆开馆仪式。

　　据介绍，乌镇元宇宙城市体验馆运用数字孪生技术精确设计、建造和运营，按照现实展馆搭建还原，将为大众展示最新的元宇宙行业、产业应用成果。

　　在体验馆内，参观者可以一睹真人、虚拟数字人和仿人机器人“三人合一”的风采。虚拟人导游优雅从容地指引观展，耐心解惑答疑，带领真人穿梭于青砖白墙黛瓦之间，感受浓郁的江南市井风情，增添游览妙趣；仿人机器人向真人娓娓道出乌镇的古风古韵，让馆中沉默的陈列“说话”，吸引游客驻足倾听。

　　坐落在乌镇大道西侧的3幢白房子格外引人注目，它们就是采用E级超级计算机原型机技术成果的“乌镇之光”超算中心。落成一年来，它已经“算”出了可喜的成果：数据存储能力达60PB，整体计算能力跻身国际前十，广泛应用于智慧城市、人工智能、新材料的研发，以及生命科学包括基因密码的解读。

　　“气象预测是超算最常见的应用场景之一，目前超级计算机可对云层运动进行精确模拟与观测，未来有了更快的超算能力支撑，天气预报就可以更加精准。”超算中心总工程师胡帆举例，除了服务于科研和产业，超算技术也飞入了“寻常百姓家”。

　　除此之外，大会还遴选了一批人工智能、AR/VR、数字孪生等前沿技术应用，在大会场馆、会展区、景区、镇区为参观者提供互动体验，让大家充分感受到互联网“飞一般的发展速度”。

　　数字科技助力安全高效的“乌镇速度”

　　在乌镇互联网之光博览会旁的停车场，一只黑色的“大鸟”格外引人注目。“这架系留式无人机可以在紧急情况下快速升空，实现大范围的5G信号覆盖，确保现场通信畅通。”中国电信浙江公司云网运营部应急通信主管吴雨润介绍。

　　为打造全球领先的“5G第一小镇”，浙江电信与浙江联通双线布局，深度优化无线网络能力。一方面，发挥4G、5G协同优势，实现乌镇无线网络特别是物联网的全覆盖和深度覆盖；另一方面，部署超过5000个AP（无线接入点），确保各类终端可以免费、流畅地使用WiFi网络。目前，互联网之光等场馆和酒店5G下行峰值速率达1.4Gbps，平均下行速率达960Mbps。在乌镇厅等核心区域，部署多频段CA(载波聚合)，实现网络峰值速率突破3Gbps。

　　中国移动浙江公司通过构建网络信息安全态势感知及快速响应体系，保障通信网络及重要系统安全，采用DICT智慧大脑+智云领航“安全盾”等技术手段全面保障直播专线安全。部署云电脑系统，使用户的终端设备随时随地访问部署在云端的电脑桌面。

　　国网桐乡市供电公司党建部副主任曹鑫介绍，今年，他们改进了配电房数字孪生系统，进一步提高保障能力。实体配电房在开关设备智能化的基础上，接入了温湿度、烟感、工业视频等105套智能感知元件，运用数字孪生技术在数字赋能中心后台构建出数字实体，实现了虚拟配电房与实体配电房设备运行数据和环境数据的实时同步。

　　数字孪生配电房还可以通过大数据分析，对可能发生的故障进行模拟，辅助工作人员准确预判设备故障情况，防患于未然。在数字孪生配电房外，带电作业机器人和自主巡检无人机移动机巢也在默默守护着外围电力线路的安全。

　　数字化让“乌镇温度”触手可及

　　漫步乌镇街头，随处可见一个软萌小家伙的身影，小小的身体上，世界互联网大会的Logo分外醒目，它就是世界互联网大会乌镇峰会的吉祥物“小互”。

　　“吉祥物‘小互’的设计概念充分体现其形象来自互联网。”中国美术学院设计艺术学院副院长成朝晖评价，“小互”的整体形象以圆形作为基本形态，简练而富有时代感。

　　为了能让“小互”的形象深入人心，“小互”形象授权单位开发设计了文具、玩具、数码、日用等诸多周边衍生品，“小互”的数字藏品还登陆了浙江首个综合性数字资产服务平台“元宿”，首发的2000个数字藏品很快就销售一空，本届互联网之光博览会还为其开辟了专属展位。

　　在会务接待方面，首次启用的数字化嘉宾接待系统上线了嘉宾信息管理、车辆预约、健康检查、议程安排等功能模块。使用首次研发上线的“乌镇峰会一站通”小程序，与会者不仅能轻松获取会议议程、场馆介绍、电话查询、大会相关等会务信息，还可以阅读相关新闻报道，俨然一本实时更新的掌上会务手册，给中外嘉宾带来更智慧、更高效的会务体验。

　　《光明日报》（ 2022年11月08日 10版）

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）