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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）

监狱女警高变：行走刀锋上 治病医心“摆渡人”******

　　“注意点！小心我出狱后报复你。”为一名偏瘫罪犯做针灸时，她曾被恶狠狠恐吓；只因提醒患糖尿病的罪犯饮食要忌口，她被一个啃过的苹果砸在腿上……在24年高墙工作中，这些情景对江苏省新康监狱(江苏省监狱管理局中心医院)四监区党支部书记、监区长高变来说，早已司空见惯。

　　1999年，24岁的高变从医学院毕业后来到江苏省新康监狱(江苏省监狱管理局中心医院)当了一名监狱警察。她具有双重身份，作为警察，要时刻关注罪犯的所思所想，进行教育改造；作为医生，她要对病犯进行日常监管医疗。常年奋战在监区、病区第一线的高变，先后被授予“江苏省优秀共产党员”“江苏省五一劳动奖章”“司法部双百政法英模”等荣誉称号，2022年被授予全国“人民满意的公务员”称号。

　　“他们有时大吼大叫、在地上撒泼打滚、指着你鼻子骂……说实话，面对这些罪犯，一开始确实会害怕。”高变所在的江苏省新康监狱(江苏省监狱管理局中心医院)，承担着全省监狱艾滋病等传染病犯和重病、大病罪犯的改造治疗工作。许多艾滋病犯，尤其是一些被判处死缓、无期徒刑的病犯，往往容易产生怨恨、绝望、狂躁等极端负面情绪，负责改造、医治他们的监狱民警面临的压力可想而知。

　　“我身上多处溃烂，高主任每次查房时，都会细心帮我换药清洗。我是艾滋病人，可是高主任一点都不嫌弃，我当时真的很感动。”正在服刑的病犯王欣(化名)感慨地说。像王欣一样真诚感谢高变警官的病犯还有很多。无数个深夜，高变被急诊电话惊醒，她都迅速赶来，投入到紧张的救治中。高变直言，对待病犯要走入他们的内心世界，才能帮他们身心兼治。

　　高变告诉中青报·中青网记者，工作以来接触最多的是30岁以下的年轻病犯。她剖析说，从犯罪心理学来看，他们生活自理能力差、喜欢以自我为中心，叠加身患重病的痛苦，使这些年轻人更冲动易怒。

　　未成年人周灵(化名)给高变留下了深刻印象。5年前，周灵因盗窃罪被判处有期徒刑3年。17岁的她不仅精神发育迟滞，还患有艾滋病、心脏病、严重的皮肤病。入监后，周灵行为怪异，不服管教，有时整夜用手敲床不睡觉，无故大喊大叫，同监舍的人都很嫌弃她。

　　“起初她特别排斥我们，说话时都是斜着眼看人。”针对周灵的异常行为，高变带队成立专门小组，在一次次的接触中，细心的高变发现，周灵如果不高兴，会将手和指甲咬破出血。血液是艾滋病毒传播的主要途径之一，同监舍的病犯多次提醒高变警官不要再管周灵了，注意自身安全。对高变而言，不放弃、不抛弃每个病犯是监狱警察的职责。

　　经过与周灵的进一步深入接触，高变得知，在周灵童年时，患有精神病的母亲去世，此后，她经常被姐姐虐待，8岁起就离开家，以网吧为家，以偷窃为生，染上了多种疾病。高变意识到，从小无人管教的周灵，缺失家庭教育，内心极度缺乏关爱，高变想办法走入周灵的内心。

　　“我和她说，我家孩子和你一样大，你有什么心里话可以对我说。”高变以一名母亲的角色，时常关心陪伴周灵。慢慢地，周灵敞开心扉，高变得知周灵最想念她的爷爷。经过多方寻找，终于辗转联系上了周灵的爷爷，与爷爷通上电话的那一刻，周灵开心得哭了。高变发现，从那以后，周灵的眼睛里有了光，对她也多了一份信任。

　　功夫不负有心人。在高变耐心教育感化下，周灵改掉了很多怪异行为，并开始阅读书籍，还写信给远方的爷爷。当她第一次怯生生地喊出“高妈妈”时，高变的眼睛不禁湿润了。如今的周灵已刑满出狱，重回人生正轨。

　　高变称，做一名监狱警察不仅需要一颗强大的内心，充满勇气去克服各种困境，还需要不断学习多种知识。在帮助一名年轻的少数民族病犯李田(化名)治疗时，刚开始听不懂对方说话，高变多次和她谈话沟通，然后反复听交流音频学习对方的语言，“现在对方说十句，我至少能听懂七八句”。

　　2020年年初，武汉疫情形势严峻。高变带头递交了援鄂请战书，担任江苏监狱援鄂医疗队副领队、医疗组组长，带领11名监狱医护人员“逆行”奔赴武汉。

　　“我没病，我不要吃药！”一天，高变在武汉某方舱医院给病人发药时，一名患有精神病的病人突然情绪失控，大喊大叫。面对突发情况，高变毫不犹豫地冲上前，迅速进行安抚和控制，病人的情绪逐渐缓和。汗水模糊了护目镜，渗透了口罩，同事们为她竖起了大拇指。

　　56个驰援日夜，高变写下了27篇战“疫”日记。她说自己也害怕被病毒感染，但作为警察、医生，疫情面前就是战士，不能退缩。最终，经过医疗队共同努力，他们负责管理的病人康复出院，实现了“零感染”。

　　24年来，高变始终以改造罪犯成为新人作为监狱工作的职责使命，一直初心如磐，无惧风雨。

　　“这些病犯都违法犯罪了，你为什么还要不遗余力去拯救他们？”面对质疑声，高变坦言，要始终以改造人为宗旨，依法依规让病犯的生命权利和尊严得到保障。

　　常有这样的情景，经过教育改造、刑满时准备离开监狱的罪犯，突然要求和高变来个拥抱，这让她心中涌起欣慰之情，“能帮他们弃恶从善、走向新生，让他们不再危害社会，成为守法公民，这就是监狱警察的工作意义所在。”

　　如今，在高变的带领下，不少青年监狱警察快速成长，她希望和这支充满朝气的年轻队伍继续前行、奋进。

　　中青报·中青网记者 先藕洁 来源：中国青年报

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）