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)
“2022年闽台关系十大新闻”揭晓******
中新社福州1月17日电 (记者 闫旭)“2022年闽台关系十大新闻”17日在福州揭晓。
近日,福建省人民政府台港澳事务办公室、福建省人民政府新闻办公室组织部分中央和境外驻闽媒体、福建主要媒体召开线上评审会,评选出“2022年闽台关系十大新闻”,它们是:
1.第十四届海峡论坛成功举办 习近平总书记给台青回信
7月12日,第十四届海峡论坛在福建成功举办。论坛延续“扩大民间交流、深化融合发展”主题,两岸各界约2万人参与线上线下活动,其中2000余名台胞在闽参会。论坛举办前夕,中共中央总书记习近平给参加海峡青年论坛的台湾青年回信。习近平强调,希望你们多向台湾青年分享自己在大陆的经历和感悟,让更多台湾青年了解大陆,同大陆青年同心同行、携手打拼,锲而不舍、驰而不息,让青春在实现中华民族伟大复兴中国梦的伟大进程中绽放异彩。习近平总书记的回信在台湾青年中引发强烈反响。
2.在榕就业创业台胞选领首批配租房
1月18日,根据福州市《关于在榕就业创业台胞住房保障工作实施方案(试行)》的有关规定,在榕就业创业台胞选领首批配租房,当天共有72名台胞选定住房45套。这是福州市面向在地台胞推出的首批公共租赁住房,共计550套,在全省数量最多、力度最大。
3.福建面向海内外征集“迁台记忆”档案文献
3月14日,福建省台港澳办、省档案局、省台联、省档案馆联合发出公告,面向海内外开展“迁台记忆”档案文献征集工作。档案文献包括相关文书、信件、照片、证件、图书、方志、谱牒、地契、票据、实物等,将进一步丰富福建“迁台记忆”资源库,留住两岸同胞共同的历史记忆。
4.两岸各界民众线上线下纪念郑成功收复台湾360周年
6月14日,纪念郑成功收复台湾360周年大会在郑成功故里泉州南安市举行,海峡两岸各界500余人出席了在南安市主会场和台湾嘉义县分会场的活动。6月至10月,厦门、福州、南平也先后举办了学术研讨会、文化展等系列活动。
5.台胞答谢厦门宝太捐赠逾380万份快筛义举
7月11日,厦门市台商投资企业协会(以下简称厦门市台协会)等答谢厦门宝太生物科技股份有限公司捐赠新冠病毒抗原检测试剂活动在厦门举行。2022年以来,台湾疫情形势严峻,新冠病毒抗原检测试剂缺口巨大。宝太公司于6月定制了380万人份新冠病毒抗原检测试剂送往台湾,支援同胞战“疫”。厦门市台协会会长吴家莹、新党主席吴成典等致辞表示,宝太生物的义举有效帮助台胞抗击疫情,展现了血浓于水的同胞情谊。
6.福建十年来积极探索海峡两岸融合发展新路
8月30日,福建官方数据显示,十年来闽台贸易额达7000多亿元人民币,在闽台企超1万家,实际利用台资超100亿美元。
福建持续推动与金门、马祖“小四通”。截至2022年12月31日,累计向金门供水2468万吨,日均供水量约1.53万吨。发布225项台胞台企同等待遇清单,成功举办14届海峡论坛、10届海峡青年节及各项促进两岸交流活动。福建自贸试验区自挂牌运行七年多以来,50多个领域率先对台开放。
7.在闽台胞热议中共二十大报告 坚定在闽发展决心和信心
10月16日,中国共产党第二十次全国代表大会在北京开幕,引发在闽台胞台商关注热议。对于中共二十大报告中提到“尊重、关爱、造福台湾同胞”等涉台内容,台胞纷纷表示“很暖心”,让在大陆发展的台胞、台企吃下了“定心丸”,更坚定了他们继续扎根福建发展的决心和信心。
8.海峡青年节十周年:两岸青年交流交往交心交融
12月1日至5日,第十届海峡青年节集中活动在福州举办。十年来,海青节累计举办265项两岸青年交流活动,吸引近3万名两岸青年参与,其中台青1.4万名,涵盖百所台湾院校、百个台湾高校社团、百个台湾青年团体,成为两岸规模最大、层级最高、领域最广、影响最深的青年交流活动之一。
9.2022两岸企业家峰会年会聚焦产业合作绿色发展
12月20日,2022两岸企业家峰会年会在厦门举行,这是新冠疫情发生以来首次在线下举办的峰会年会。中共中央政治局常委王沪宁向两岸企业家峰会理事会发贺信,代表中共中央和习近平总书记,向峰会全体会员和与会嘉宾致以问候,希望两岸企业家做新时代新征程上构建新发展格局、推动高质量发展、推进中国式现代化的生力军。
本届峰会以“建构产业合作新模式,打造绿色数字新经济”为主题,共有300多位两岸工商团体代表、企业家、政府代表参会,超1500位两岸工商界人士通过线上直播积极参与互动。
10.台胞强烈呼吁台当局尽速恢复“小三通”
11月15日,厦门市台商投资企业协会、莆田市台湾同胞投资企业协会赴厦门五通码头了解“小三通”口岸设施等情况,向台当局喊话,盼以民众福祉为重,尽快恢复“小三通”。11月23日,全省七地台协会联合发表“我们要回家过年”请求书。12月12日,应厦门市台商投资企业协会、福州市台胞投资企业协会邀请,金门、马祖当选县长带领民意代表赴厦门会商“小三通”复航便利化措施。这是疫情发生近三年来台湾县(市)长首次“破冰之旅”。
12月22日,台湾地区行政管理机构宣布通过“金马地区民众春节交通专案”,即春节前后两周内允许金马民众及陆配循“小三通”航线返乡过年,但不允许台商中转。消息引发大陆台商强烈不满,福建11家台协会再次联合发表声明,呼吁“不要‘切香肠’式‘小三通’,让我们顺利回家”。(完)