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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）

航天科技集团2023年计划安排60余次宇航发射任务******

　　《中国航天科技活动蓝皮书(2022年)》发布 今年计划安排60余次发射任务

　　1月18日，中国航天科技集团发布《中国航天科技活动蓝皮书(2022年)》。《蓝皮书》显示，航天科技集团2023年计划安排60余次宇航发射任务，发射200余个航天器，开展一系列重大任务：载人空间站工程进入应用与发展阶段，空间站转入常态化运营模式，将完成1次货运飞船、2次载人飞船发射任务和2次返回任务；全面推进探月工程四期和行星探测工程，开展嫦娥七号、天问二号等型号研制；发射多颗国家民用空间基础设施科研卫星和业务卫星；完成长征六号丙运载火箭首飞，进一步完善长征火箭型谱。

　　《蓝皮书》指出，2023年是全面贯彻落实党的二十大精神的开局之年，也是加快建设航天强国、奋力实现建军一百年奋斗目标的关键一年，中国全年计划实施近70次宇航发射，有望再次刷新纪录。

　　宇航发射和飞行试验次数持续保持高位

　　据介绍，航天科技集团今年计划安排60余次宇航发射任务，发射200余个航天器，长征系列运载火箭累计发射次数将突破500次。其中，重大工程任务依旧繁重，要完成天舟六号、神舟十六号、神舟十七号3次发射任务，不断提高进出太空、利用太空、探索太空的能力；北斗三号全球卫星导航系统将完成3颗备份卫星发射，进一步增强系统可靠性；将发射风云三号06/07星、环境减灾二号06星、高轨20米SAR卫星、新一代海洋水色观测卫星、中星26号、中星6E、澳门科学一号A星等，让航天技术更好地服务社会民生，服务国民经济发展建设；航天科技集团“新一代商业遥感卫星系统”将加速推进建设，今年计划再发射7颗四维高景系列卫星，为传统、新兴市场用户提供高时效、高性能的时空信息服务。

　　航天科技集团今年还将实施宏图一号、吉林一号、吉利星座、微厘空间北斗低轨导航增强系统组网星等商业发射任务，公开发布火箭运载余量信息，向商业用户提供发射和搭载机会，为各类客户提供快速、稳定、可靠的“一站式”发射服务，推动我国商业航天持续健康发展。

　　研制应用任务持续保持高强度

　　今年将全面推进探月四期和行星探测工程，开展以嫦娥七号、天问二号、静止轨道微波探测卫星等为代表的多个型号研制工作，完成多项商业航天和整星出口合同履约工作；面向国家重大战略和经济社会发展需要，不断提升卫星应用融入新兴领域，支持重点区域经济发展；在北斗领域实现北斗应用向系统集成和增值服务延伸，继续深耕民航，拓展能源、应急等关键行业；发挥天地一体化优势和卫星通信、导航、遥感综合应用优势，聚焦行业和地方政府智能化升级契机，构建一体化的产品体系和业务综合应用解决方案。

　　建设航天强国新征程开启全面

　　《蓝皮书》显示，中国已经全面建成了航天大国，进入世界航天强国行列，开启了全面建设航天强国新征程。从近5年发射趋势看，中美两国发射活动快速增长，发射次数交替领先，发射航天器质量持续攀升，成为世界航天增长的主要动力。

　　2022年，中国全年完成64次发射任务，研制发射188个航天器，总质量197.21吨居世界第二位，各项数据均创历史新高。其中，长征系列火箭53次发射全部成功，并实现128次连续发射成功。

　　纵观这一年的中国航天，在发射活动方面，高密度发射任务有序实施、成功率保持高位，航天器研制发射数量快速增长、研制能力大幅提升，发射活动保持增长态势、进入空间利用空间能力跨越式发展。

　　·科技创新方面

　　运载火箭、载人航天、月球和深空探测、应用卫星、科学和技术试验等领域不断创新突破，取得多项重大科技成就，推动航天科技自立自强。

　　·应用服务方面

　　北斗导航服务全球，中星、亚太提供连续服务，空间基础设施形成全天时全天候对地观测能力，各类应用卫星提供的通信广播服务、国土资源服务、海洋资源服务、气象观测服务、应急管理服务、农业生产服务、生态环境服务、交通运输服务、科教文体服务等，在经济社会发展各领域发挥了巨大作用。

　　·国际合作方面

　　开展了设施和数据共享、技术合作、应用服务、交流研讨等多种类型的多边、双边合作，积极促进国际交流、产业发展和技术应用。在商业航天发展方面，产业体系和市场体系初步形成，由基础制造、产品研发为主的阶段进入应用牵引、市场主导的新发展阶段，商业航天正加快成为航天强国建设的重要力量。

　　(总台央视记者 崔霞 李厦 徐静)

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）