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）

“三红校园”润泽学生心田******

　　湖北省襄阳市樊城区建设“红色堡垒”、培养“红烛先锋”、培育“红心少年”——

　　“三红校园”润泽学生心田

　　本报记者 程墨 通讯员 付晓方 聂志鹏 尚紫荆

　　一张张历史英雄人物图片、一个个英勇抗战故事、一本本红色经典书籍……近日，在湖北省襄阳市长虹路小学的“红色文化长廊”中，在学生解说员生动形象的讲解中，师生仿佛置身那段峥嵘岁月，激荡起爱国主义情怀。在襄阳市樊城区中小学校园里，讲红色故事、唱革命歌曲、演红色剧目等活动比比皆是。

　　如何以高质量党建引领教育优质发展？2020年10月，襄阳市樊城区出台了《教育系统党建工作三年行动计划》，全面开展“三红校园”创建工作，通过将党支部建设成“红色堡垒”、把教师培养为“红烛先锋”、把学生培育成“红心少年”，构建起以高质量党建引领全区教育事业高质量发展的新格局，让党的思想理论润泽学生们的幸福童年。

　　筑牢“红色堡垒”，以红色阵地凝聚精神力量

　　新年伊始，一场中小学干部选拔任用通识性知识测试在樊城区进行，此次测试将作为干部提拔任用的重要依据。为优化组织设置，樊城区教育局一方面依托“区教育系统党员干部教育培训基地”，加强教育培训；另一方面，编制《樊城区教育系统支部标准化规范化指导手册》，对全区中小学、幼儿园党员活动室建设进行规范，构建以党组织为核心的教育管理新机制。

　　党建引领之下，樊城区全区各学校结合“四史”中的先进人物、典型事件、精神谱系，在校园打造党史长廊、红色布景、文化墙等多样化、典型化的校园特色景观，逐步形成“一校一品牌、一校一特色”的校园文化。

　　襄阳市米公小学打造了“书写人生、奠基未来”的办学理念，让书法教育成为促进师生爱党、爱国、爱家乡的重要载体；襄阳市二十一中将爱党、爱国、爱家乡的情怀融入学校“家·国”文化中，引导学生争做有理想、有担当的社会主义建设者和接班人……

　　“三红校园”创建工程实施以来，樊城区教育系统各基层党支部共开展党史学习1036次，全区学校赴各党史学习基地学习52次，涌现出米公小学、三十五中等10个“三红校园”创建第一批示范单位，有效激发了基层学校党建发展活力和党员教师干事创业的劲头。

　　树立“红烛先锋”，让党的建设成为强师之基

　　“敬爱的党组织，我志愿加入中国共产党……”在樊城区2022年新入职教师培训开班仪式上，283名新入职教师中有260名新教师主动向各自学校党组织递交了入党申请书。

　　“要把党性教育作为新入职教师培训第一课，让我们的人民教师成为让党放心、让学生喜爱、让人民满意的‘红烛先锋’。”襄阳市樊城区教育局党委书记、局长齐光伟介绍，近年来，为引导广大教师成为红色育人的中坚力量，樊城区教育局出台《全区教育系统“双培养”工程实施方案》，以学校为单位遴选政治素质高、业务能力强的后备干部和骨干教师进入“双培养”人才库，定期开展党性教育。

　　同时，该区推进“三名”工作室（名师、名班主任、名校长）创建和“千名名师培养”工程，通过政策支撑、平台打造、发展保障等措施，着力打造一支师德高尚、业务精湛、敬业奉献的教师队伍。

　　襄阳市诸葛亮中学党员教师高蔷是襄阳市“隆中名师”。近年来，她充分发挥自身的示范、辐射和引领作用，依托襄阳市“隆中名师高蔷工作室”吸纳了襄阳市区域内及十堰市竹溪县共计30余名中青年教师进入工作室，开展教科研活动，实现名师引领、共同成长。

　　“三红校园”创建工程启动至今，樊城区共评选出1570名区级优秀教师（班主任、教育工作者），112名市级学生最喜爱的好老师，评选湖北省特级教师6名、襄阳市隆中名师（校、园长）7名、樊城名师（校、园长）135名。

　　培育“红心少年”，用创新实践厚植红色基因

　　“学生更易接受怎样的方式，学校就要做怎样的创新。”为了引导中小学生扣好人生第一粒扣子，厚植“爱党、爱国、爱家乡”的红色基因，樊城区教育局以培育“红心少年”为主线，全力打造“大思政”课堂。

　　开展“四史”教育进课堂、“课前三分钟讲党史小故事”、“我与国旗合影”……樊城区各学校创新思政课形式，开展各类特色活动，将党的二十大精神融入学校、引进课堂。

　　在“红心少年”培育过程中，樊城区教育局出台《全区中小学红色社团建设指导方案》，鼓励各学校积极探索组建红色社团，并通过不断创新社团活动形式，让学生们感受“红色文化”。截至目前，全区各学校共成立了1100余个校级、年级、班级三级学生社团，共开展红色主题社团活动1700余场次。

　　“‘三红校园’创建工程增强了我区中小学党建工作活力，充分将党建的政治优势、组织优势转化成教育发展的优势，带动了全区教育事业的跨越发展。”齐光伟表示，下一步，该区将以更高的标准开展第二批“三红校园”创建工作，打牢党建工作根基，全面提升党建工作质量。