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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）

村居好环境，添彩新生活******

　　【一线讲述】

　　四地乡村干部群众心中的“宜居宜业和美家园”——

村居好环境，添彩新生活

　　编者按

　　民康物阜，盼之行之。党的二十大报告提出，要“统筹乡村基础设施和公共服务布局，建设宜居宜业和美乡村”。这一论断，既顺应亿万农民实现全面小康后对美好生活的新向往新期待，又丰富了农业农村现代化的科学内涵，为广袤山乡擘画了一幅高质量发展的壮丽图景。

　　新时代的农村“美好生活”，需要什么样的居住环境？村民们对此有何感触？本期，我们邀请四地乡村党员群众代表进行讲述，在他们的故事里，感受中国式现代化的幸福底色。

浙江省台州市仙居县埠头镇大陈坑村水堆头自然村新貌。王华斌摄/光明图片

　　从满身尘灰到推窗见绿

　　讲述人：江苏省镇江市丹徒区世业镇世业村永茂圩自然村村民 韩连华

　　我的家在一个江岛上。这里推窗见绿、抬头赏景，门前有清澈的小河，门后有整洁的柏油路，江岸上是林立的树木。可谁能想到，几十年前这里还是另一番景象。

　　1952年，17岁的我坐船来到这里，抬眼一瞅，处处是土屋墙、茅草顶。一家14口人上厕所，全靠茅坑里的一口大缸。岛外的人都看不起这儿，觉得又穷又荒又土，岛上的年轻人也都想去外面谋生计。20世纪八九十年代，镇里开起了船厂、砂石厂，村民收入越来越好，有条件的修起了厕所，但污水没地方排，就倒进门口的河道里；厂里的烟囱整天冒烟，空气越来越差。

　　2014年12月，习近平总书记来到了我们村。那会儿，村里的旱厕已经改成水厕了。总书记十分高兴，叮嘱要因地制宜做好厕所下水道管网建设和农村污水处理，“不断提高农民生活质量”。滚烫的话语，至今温暖着我们的心窝。

　　很快，镇里行动起来了。先是将岛上的4家船厂、3个砂石码头和40多家畜禽养殖场一个不留地关了，又建起了2座污水处理厂，建成了107公里长的污水收集系统。全镇4000多户都实现了“厕所革命”，家家户户的厕所连上了污水管网。我家门口的小河，也越来越清澈，大家放心地养上了鸭子。

　　绿水青山回来了，金山银山也跟着来了。镇里引进了高效农业园、健康养生谷等项目，又开起了大型游乐场，游客如流水一样涌来。再加上土地流转的收入，我们的腰包越来越鼓。镇里还把原来的船厂改建成了健身公园、文化公园，老人小孩都喜欢，我也常跟村里的老姐妹去跳跳操。我们可真是赶上了好时候。

　　大家很珍惜来之不易的好风景，连小孩子都知道扔垃圾要分类。就在前几天，村干部还跟我们说，未来，世业还要建设长江流域第一个碳中和岛，变成一个宜居、宜游、宜养的生态健康岛。想想家乡未来的样子，我们更有盼头了。

山东省沂源县南麻街道埠下村村民在民生综合体活动广场休息。新华社发

　　处处皆美景，处处能怡情

　　讲述人：吉林省延边州和龙市东城镇光东村党支部书记、村委会主任 玄杰

　　塔吊林立，机车轰鸣……我们光东村的农业融合产业园正在如火如荼地建设着。从2017年担任光东村党支部第一书记至今，我见证了这里一天天变美、变富、变强，时刻感受着村民对于拥有幸福家园的欣喜和自豪。

　　2015年7月16日，习近平总书记来到光东村，留下“新农村建设要坚持规划先行，注重乡土味道和民族风情，注重补农村的短板、扬农村的长处，努力建设美丽乡村和农民幸福家园”的深情嘱托。我们按照总书记的要求，加强规划、加大投入、加快落实，破解了一个又一个难题。

　　2016年，投入350万元的“旱厕改造”计划开始实施，让全村家家户户都用上了电热水器、抽水马桶等设备齐全的室内卫生间，极大地改善了各家卫生条件和居住环境。

　　硬化道路，绿化村庄，建设综合服务中心，改造老年活动室……如今，漫步在光东村，干净平整的沥青路蜿蜒向前，青瓦白墙的小庭院错落有致，绿树红花镶嵌其中，处处皆景、处处怡情。村民们有的在门球场挥动球杆，有的在文化广场跳象帽舞，有的在老年活动室里摆弄健身器材……

　　建好更要维护好。我们组建村清洁队，定期清理村内卫生，并对卫生情况进行全面监管。村民们逐渐养成了良好卫生习惯，全村获得和龙市“美丽庭院”或“干净人家”的多达140户。

　　利用独特的稻田风光、朝鲜族民居风貌和民俗传统，我们趁势发展乡村旅游，建设疗休养基地、共享农业基地和边疆爱国主义教育基地。现在，每年有15万左右的游客来村游玩，村民们纷纷参与歌舞表演、经营民宿、参加分红。细算下来，人均每年旅游收入在5000元左右。这口旅游饭，吃得真是又甜又美。

　　我们还创新实施了“共享稻田”项目，把零散稻田集中起来进行推介，欢迎大家认领，这又为村民和村集体带来一笔可观的收入。接下来，我们会把党的富民政策一项一项落实好，让村民的生活越来越红火。

重庆市巫溪县通城镇龙池村村民从一幅墙绘前走过。新华社发

　　“净美”小村庄，坝上好风光

　　讲述人：河北省张家口市张北县小二台镇德胜村党支部书记 叶润兵

　　我们村由6个自然村组成。过去，家家户户都是在院里搭个简易棚，挖个旱厕，牲口也都拴在院里，如厕时臭气熏天，蚊蝇乱飞，一旁猪圈里的猪还哄哄乱叫。这样的厕所，既污染环境，也影响健康。

　　厕所问题有时还影响家庭和睦。一到寒暑假，村里的老人们都盼望着自家孙子孙女回来住住，可就因为厕所问题，好多孩子不愿回来。他们说，爷爷奶奶家的茅坑又黑又臭，一不小心还容易掉进去。

　　2017年1月，习近平总书记来我们村看望慰问困难群众，同村干部和村民代表座谈，强调“要把扶贫开发、现代农业发展、美丽乡村建设有机结合起来，实现农民富、农业强、农村美”。

　　有了好环境，才能成就好未来。按照总书记开出的“方子”，2017年以来，我们在3个自然村建设了小别墅式的新民居——德胜新村。每户民居统一接入上下水，装上了冲水马桶。剩下的3个自然村也进行了整体改造，改厕正在推进中。

　　我们村地处坝上，冬天特别冷，水管容易冻住，因此改厕除了改环境、接上下水，还必须考虑取暖问题。今年8月，第三届中国国际太阳能十项全能竞赛在我们村举行，来自全球10个国家、29所高校的师生组成15支参赛队伍，设计建造了15栋用清洁能源发电的新型绿色建筑，这为我们利用清洁能源取暖打开了新思路。

　　在当下的改厕中，我们为每户建一个化粪池，还组织了清污队伍，定期给每户清理化粪池。村里每年拿出固定资金，设立公益岗，解决了垃圾清运和清污问题。现在，村里的街道已经很干净了，但是牛羊一出院门又带来满地粪便。我们准备建一个集中养殖场，解决牲畜粪便污染的问题。

　　过去，有些乡亲对改厕不是很接受，最主要的顾虑是怕花钱。要解开思想的疙瘩，就得让大家的腰包鼓起来。这几年，我们在地里种下“金蛋蛋”，在地上竖起“铁杆庄稼”，形成了以马铃薯种薯种植、光伏发电、民宿旅游为主导，艾草种植等特色产业齐头并进的发展模式，村民收入节节高。村集体有了钱，就拿出一部分补贴村民的水电费，再加上国家相关政策补助，现在大家用水用电几乎不花什么钱，改厕积极性也高了。

　　近年来，村里还实施了农村垃圾治理、村庄绿化、村容村貌提升等10大类人居环境整治工程。在开发微型薯等设施农业的同时，我们努力把它们做成可供观光的景观农业。村里的生态优势不断凸显，吸引了越来越多游客。他们喜欢沿着草原天路一路看风景，然后参观村里的微型薯大棚、光伏电站，晚上住在民宿，吃农家饭。

　　经济发展了，生活变好了，大家脸上的笑容更多了。

吉林省延边州和龙市东城镇光东村全貌。光明图片

　　扮靓“面子”，提升“里子”

　　讲述人：宁夏吴忠市红寺堡区弘德村党支部书记 任军

　　弘德村位于全国最大的易地搬迁生态移民集中安置区——红寺堡。10多年前，村民们挪出西海固重重叠叠的大山，迁到这片黄河水浇灌的新家园，靠着勤劳双手，过上了好日子。2020年6月8日，习近平总书记来到我们村察看村容村貌，留下深情寄语：“乡亲们搬迁后，更好生活还在后头。希望乡亲们百尺竿头、更进一步，发挥自身积极性、主动性、创造性，用自己的双手创造更加美好的新生活。”

　　街道巷陌的一草一木、家家户户的衣食住行，一点一滴都折射着今昔巨变。搬迁前，吃水是个大难题，半夜起来去翻山，回家太阳快落山；遇上雨雪土路变泥滩，十天半月出不了门；一个赤脚医生看百病，还常常下地干活找不见人。如今，自来水接到了灶头，光纤宽带扯到了炕头，公交车通到村头，卫生院就在门外头。

　　这两年，我们重点对村里的基础设施和公共服务进行提升。5米宽的硬化路升级成8米宽的柏油路，两边栽下景观树、铺上“面包砖”，还修了健身步道和活动广场，出门就是“小微公园”。为了方便移民群众就近务工，政府修了一条通往工业园区的路，条条村道亮起路灯，下班再也不怕一步三坎走夜路了。我们接连实施乡村振兴项目，全覆盖连通污水管网，扩建了两座教学楼，建成了高标准的灯光足球场，卫生院软硬设施不断升级。

　　去年，我们翻建了农贸市场，脏乱差的小地摊不见了，代之以整洁有序的营业房，每年给村集体创收70多万元。乡亲们一边感叹“一脚跨进了城”，一边念着“共产党好，黄河水甜”。如今，男女老少将自编的歌曲《弘德村好地方》挂在嘴边：“弘德村好地方，好呀地方，好地方好风光，到处是枸杞，遍地是葡萄……柏油马路宽又宽，再不是旧模样啊……”

　　下一步，我们将内外兼修，扮靓“面子”、提升“里子”，探索文旅融合振兴乡村的新路子。比如，我们把闲置的移民办事处旧址改造成特色民宿，联合周边几家农业企业，打造农业休闲采摘园、观光园、垂钓园，串联形成乡村旅游路线。我们还挖掘整理移民群众的奋斗史，讲好弘德村故事，建设红色研学基地，让这里真正成为移民安居乐业的和美家园。

　　项目团队：光明日报记者 张胜、苏雁、任爽、耿建扩、陈元秋、王建宏、张文攀、王斯敏光明日报见习记者 李层

　　《光明日报》（ 2022年12月23日 07版）

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）