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）

持续推进“地趴粮”整治******

　　农户科学储粮关系农民增收和国家粮食安全。今年东北三省一区粮食产量占全国粮食产量的比重超过26%，保障国家粮食安全“压舱石”作用凸显。然而，东北“地趴粮”现象仍然存在，农户储粮损失仍然较为严重。

　　“地趴粮”是存在于我国东北和西北地区的一种传统储粮方式，以玉米储存为主。新收获的玉米水分大，每年秋收之后脱粒之前，农民习惯将新收获的玉米堆放在院子里或者地里晾晒。中国农业大学经济管理学院教授武拉平认为，北方“地趴粮”形成的主要原因，是农户储藏设施缺乏。“地趴粮”容易被鼠咬虫蛀鸟食，遇到雨雪天气，极易发生霉变坏粮。应引导农户科学储粮安全储粮，确保农民增产增收，增加粮食有效供给。

　　建设完善立体储粮设施

　　吉林四平市双辽市卧虎镇前六家子村党支部书记、种粮大户王艳秋今年种了4500亩玉米，由于储粮设施投入不足，只储存了十分之一左右的玉米穗，其余全部卖掉了。王艳秋说，明年要整村推进“地趴粮”整治，争取把新收获的玉米尽可能储存起来，择机售粮，实现种粮收益最大化。

　　让“地趴粮”站起来，折射出农户储粮方式的变化。吉林省粮食和物资储备局仓储管理处处长冯锡仲介绍，吉林省加大财政资金支持力度，根据农户庭院储粮条件和经济状况，支持引导农户通过搭栈子、上楼子、码趟子以及搭建风道、建设简洁安全的钢结构立体储粮装具等方式，实现简易立体储粮；对劳动力不足的农户，鼓励利用村集体建设用地、闲置区域等，集中搭建立体储粮设施；对种粮大户、农业合作社等新型农业经营主体，利用现有仓储设施资源开展粮食产后服务，为他们提供“即时结算、延期服务、代烘干代储存”等服务，推动农户储粮方式向“存粮在库”精细化管理转变。

　　为减少农户储粮损失，2017年国家启动实施优质粮食工程，在全国建设粮食产后服务中心，为农户提供代清理、代烘干、代储存、代销售、代加工等“五代”服务。

　　乘着国家政策的东风，东北主产区持续推进农户安全储粮及推进“地趴粮”整治。黑龙江高度重视农户储粮减损，2018年至2020年期间，推广搭建了农户科学储粮装具11.41万套，全部投入使用每年可实现科学棒储玉米226.26万吨、减损6.16万吨。吉林省持续推进农户安全储粮工作，截止到2022年11月底，吉林全省农户立体储粮率达到90.5%，计划到2024年底全省消除“地趴粮”。

　　科学储粮实现减损增收

　　近年来，东北“地趴粮”逐渐减少，农户储粮损失大幅下降。据中国农业大学粮食经济研究团队2022年10月对全国27个省（区市）4548个农户的问卷调查结果显示，东北三省37.11%的玉米种植户收获后没有销售，以玉米楼子、栈子、吊子等储藏方式储存的玉米占25%；金属仓储存占19.44%，袋装占15.28%，“趴地”玉米所占比重不是很大，农户玉米储藏环节平均损失率为4.01%。

　　储粮环节是影响农民种粮收益的最后环节。现在东北农户摒弃“地趴粮”落后的储粮方式，实现立体储粮，可择机择价售粮，增强农户市场议价能力，实现好粮卖好价。黑龙江海林市长汀镇平安村村民卞树军告诉记者，他今年种了180亩玉米，把玉米穗储存到“玉米楼子”里，计划明年夏天再卖，期待卖个好价。

　　今年我国粮食再次实现高位增产，但粮食紧平衡的格局未变。冯锡仲说，改善储粮条件，消灭“地趴粮”，增强农户抵御风险的能力，减少粮食损失，再造“无形良田”，相当于增加了粮食有效供给；降低粮食生霉和坏粮风险，提高粮食品质，相当于提供优质粮源；粮食经过自然通风降水，达到安全水分，不需要烘干降水，实现了绿色可持续发展。

　　形成“地趴粮”整治合力

　　多年来有关部门一直倡议消灭“地趴粮”，但是东北地区“地趴粮”仍然存在，改善农户储粮条件，降低农户储粮损失还有较长的路要走。《粮食节约行动方案》明确指出，要支持引导农户科学储粮，在东北地区推广农户节约简捷高效储粮装具，逐步解决“地趴粮”问题。

　　“地趴粮”问题的形成既有地理环境、自然条件、风俗习惯等客观因素，也有思想行动等主观因素。冯锡仲告诉记者，吉林省粮食和物资储备局成立了工作专班，全力推进“地趴粮”整治工作。采取县市自查自评、省级部门核查和省级现场抽查相结合的方式，对县市“地趴粮”整治情况进行年度考核。

　　“地趴粮”形成的根子在思想，症结在储粮设施缺乏。武拉平认为，从中央到地方，都应积极采取措施消除“地趴粮”现象。应继续推广玉米籽粒收割，对玉米籽粒适当晾晒或烘干后进行销售或储藏。对于不宜或没有进行籽粒收割的农户，地方政府应适当支持农户建设玉米栈子或者玉米楼子等简易储粮设施进行离地立体储粮。对于没有较好储藏条件的农户，村集体应充分利用集体建设用地建设乡村集中储粮点，避免储粮不当带来损失。

　　粮食产后服务体系建设是优质粮食工程的重要内容，为农户储粮提供专业化社会化服务，能够有效解决农户储粮难的问题。武拉平认为，国家应继续实施优质粮食工程，建设更多粮食产后服务中心，并积极鼓励粮食产后服务中心与农民合作社、家庭农场、种粮大户合作，不断提升农户科学储粮减损能力。（记者刘 慧）