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）
广西百色：农家书屋成“文化粮仓”******
光明日报记者 周仕兴 光明日报通讯员 覃蔚峰
农闲时间，广西百色市德保县城关镇云梯村村民罗美奇来到村头的农家书屋，翻开一本《广西特色蔬菜栽培技术》认真读起来。“农家书屋的书贴近农村、契合农民，从中了解政策、学习知识后发展生产，乡村振兴有奔头，美好生活有盼头。”罗美奇高兴地说。
当下的百色，通过农家书屋“充电”的人越来越多。“农家书屋已然成为乡村振兴的‘文化粮仓’。”百色市委常委、宣传部长赖荣生介绍，百色市从2008年启动农家书屋建设，2013年建设数字农家书屋，到2022年实施农家书屋提质增效工程，一个个设施齐全、配套完善的农家书屋如雨后春笋般涌现。如今，全市已建成1856个农家书屋和28个易地扶贫搬迁集中安置点农家书屋。
搭建阵地：打通惠民“最后一公里”
走进那坡县坡荷乡弄耀村农家书屋，一排排书架整齐划一，一册册图书陈列有序。“有红色革命书籍、有养殖技术书籍，还有小朋友们爱看的各类故事书，图书种类齐全，还能通过线上模式扫码阅读。”该村退休老党员黄廷义说，“小小书屋”成为群众长知识、学技术、学本领的“小课堂”，群众闲暇时既打发了时间，也充实了自己。
在靖西市龙邦镇护龙村“国门书屋”，近期开展多次学习党的二十大精神活动，村民济济一堂，交流心得。管理员梁宇告诉记者，自从村里有了“国门书屋”，村民们农闲时都会来这里看书，书屋已成为边民学习党的方针政策、开展爱国主义教育的重要阵地。
“作为老区，百色市高度重视农家书屋这项文化惠民工程，为脱贫攻坚、乡村振兴提供智力支撑。”百色市委宣传部副部长朱应学说，2010年，该市为了建设好农家书屋，先在有条件的行政村（社区），以人口比较集中、交通便利、基础设施较好的村委会为中心，把村级公共服务中心、农村党员远程教育中心、文化大户、致富能手家等地方，打造了36个农家书屋建设样板。随后，全市以样板来规范建设农家书屋，严格按照“六有一保证”进行规范化建设管理，即有图书室、有“农家书屋”牌子、有图书柜、有阅览桌椅、有制度、有专兼职农家书屋管理员、保证每天开放时间不少于6小时。
为使农家书屋规范化、标准化运行，百色市完善了规章制度，明确农家书屋职责，按有人管理、按时开放、方便群众的原则，做到借还有登记，群众需求有记录。
“农家书屋姓‘农’，要建成农民自己的书屋。”百色市新华书店副总经理李佳蔚说，在充分征求农民意见的基础上，提出配书计划，将党报党刊和适合农民阅读的政治、经济、科技、法律、卫生、文艺、文化教育等出版物配向农家书屋，满足农民的多样阅读需求。同时，有针对性地配备少儿类、文化类等书籍，增配农技书籍，并开展形式多样的读书分享活动，使农家书屋成为乡村儿童“关爱站”、群众致富“加油站”。
“文化粮仓”：既“富脑袋”又富口袋
走进凌云县平怀村农家书屋，映入眼帘的是一个宽大书架，上面整齐摆满着各种书籍，窗明几净，透过玻璃窗，一幅优美的田园风光画卷呈现在眼前……
“祖辈吃尽了知识匮乏的苦头，在发展桑蚕产业的同时，我们决心建设好自己的文化阵地。”平怀村党支部书记郁再俭介绍，2020年，平怀村农家书屋经过第4次搬迁后，结合乡村风貌进行升级改造。如今书屋建筑面积200平方米，馆内书籍囊括中国文化、儿童读物、生态自然科普和健康科普等近2000册，配套有桌椅、茶水、咖啡餐饮服务台等设施，所有设施均免费向全体公众开放。
“农家书屋不仅丰富了农民朋友的文化生活，吸引他们远离牌桌，走向书桌，成为农民致富的好‘帮手’，还帮助他们掌握信息，提高文化水平，找到致富门路。”平怀村驻村第一书记林春蕾说。
“我以前因为家里穷读书少，现在生活条件好了，村里建有书屋，有空都会去看书，很多养蚕、养猪的技术都是在那里学到的。”平怀村养蚕、养猪大户张桂林告诉记者，平怀村农家书屋在培养新型农民、实现先进文化扎根基层、助力乡村振兴等方面发挥了重要作用，涌现出一批致富带头人，平怀村先后被评为全国文明村、全国巾帼脱贫示范基地、中国美丽休闲乡村等。
数字赋能：筑起智慧“加油站”
在百色的农家书屋，扫码就可以阅读海量书籍。
田林县平塘乡兴六村农家书屋里，村党支部书记卢世青手把手教村民文应学登录“百色数字农家书屋”。简单操作后，文应学找到了如何养马的书籍，认真研学起来。
“如今，百色农村都通网络了，手机、平板、电脑等已进入农村群众生活，农家书屋的传统纸质图书期刊不再是乡村群众汲取知识的唯一载体，也不能满足群众日益增长的精神文化需求，移动阅读便成为新风尚。”百色市图书馆馆长覃伟说。
2021年，百色市开始建设互联网数字农家书屋，利用百色市图书馆数字图书期刊资源，通过微信扫码关注百色市图书馆，打开云悦读，就可以随时随地免费阅读图书馆电子图书和期刊，让使用者轻松实现掌上扫码“博览群书”。
2022年，百色市将“百色数字农家书屋”配送到全市1884个农家书屋，让乡村读者在家就能扫码免费阅读市图书馆的电子图书和期刊，通过现代科技手段将“精神食粮”输送到千家万户。
由点到面，串珠成链，惠及全民。农家书屋日益成为百色农民群众不可或缺的“精神家园”，不仅丰富了农村文化生活、陶冶了村民的情操，更为乡风文明建设注入了源源不断的动能。
《光明日报》（ 2023年01月06日 09版）
