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）
生物多样性可持续利用与地方发展如何融合？看这些中国实践******
中新网蒙特利尔12月8日电 保护生物多样性的最好办法是什么？生物资源的可持续利用是长久以来公认的关键一招。
当地时间12月7日，COP15第二阶段会议“坚持人与自然和谐共生 共建清洁美丽世界”边会在加拿大蒙特利尔举行，边会由生态环境部环境与经济政策研究中心、中国新闻社主办，中国新闻网承办。
会上，与会中外嘉宾就如何保护生物多样性进行了探讨，分享了中国地方发展的新经验、新故事。
中医药学是中国古代科学的瑰宝，也是打开中华文明宝库的钥匙。在浙江省磐安县，有一座山叫大盘山，浙江省磐安县委书记金艳介绍，那里有药用植物1219种，占浙江全省的68%，其中载入《中国药典》的有154种，占收载药用植物的25%。
大盘山逶迤，四江水清澈。中药材医药已成为磐安县的支柱产业之一，从种活一株草、做精一味药到富裕一方土，中医药富民强县不仅开出了致富的“磐安良方”，更是走出了人与自然和谐共生的“磐安路子”。
除了加大物种资源保护力度、数字赋能药材加工，磐安还采用“手工种植—手工施肥—手工采挖”的传统方式种植中药材，严控农药化肥使用。与此同时，磐安积极推广林下种植模式，通过仿野生种植让中药材品质更优良，同时最大程度地保护生态环境和物种多样性。
贵州省从江县委书记周崇军在边会案例分享上发言。 尹灵 摄穿越悠悠岁月，农耕文化源远流长。在贵州省的群山之中，从江县人延续着千年来“种一季稻、放一批鱼、养一群鸭”的传统农耕方式。
贵州省从江县委书记周崇军介绍，“稻田养鱼鱼养稻、稻田养鸭鸭养稻、稻鱼鸭三丰收”的生产模式，既有效缓解了人地矛盾，为当地人们提供了丰富的绿色有机农产品，又有效防止了环境污染，保护了生物多样性。
如今的从江，稻、鱼、鸭和谐共生，形成了一条特有的生物链。当地特色水稻品系从江香禾糯，也带着山水相拥的农耕智慧走向全国各地，带动村民增收致富。
除了流传千年的和谐生态智慧，中华大地上也不乏面对生态挑战的改进与探索。大自然保护协会北京代表处对外事务总监徐欣分享了内蒙古对土地可持续修复及管理模式的探索。
徐欣介绍，过去60年，内蒙古是中国气温变化最快的区域之一，在土地退化方面面临着过去不合理开发利用对自然的威胁，以及发展需求与有限资源在数量和时空上的不匹配。
“为此，我们首先对于保护项目进行了系统设计，支持当地生产方式的转型和升级；开展‘乔、灌、草’相结合的综合修复；还进行了农牧措施的提升，促进乡村的绿色振兴来增绿增收。”
“修复只是保护的一个环节，如何继续保持区域的绿色底色、挖掘生态对生产的促进与庇护潜力，实现生态修复与可持续生产协调发展，是漫长维护期中需探索的重点。”徐欣认为。
大自然保护协会北京代表处对外事务总监徐欣在边会案例分享上发言。 尹灵 摄作为全球生物多样性最丰富的国家之一，也是最早加入《生物多样性公约》的国家之一，中国高度重视生物多样性保护工作，取得显著成效。通过多年努力，中国有效保护了90%的陆地生态系统类型和74%的国家重点保护野生动植物种群，新增森林面积居世界首位，300多种珍稀濒危野生动植物野外种群得到了很好的恢复。
联合国《生物多样性公约》秘书处执行秘书伊丽莎白·穆雷玛指出，生物多样性是生命的基础，这正是本届大会主题的含义。我们必须确保地球生命得到妥善维护、妥善保护、妥善恢复，在可持续利用中公平合理分享相关惠益。
对于未来十年如何拯救生物多样性，世界资源研究所副总裁兼常务董事克雷格·汉森提出“生产、保护、减少、修复”的框架路径，这一策略不仅有助于满足人类需求和促进人类经济发展，也可保护所有形式的生命多样性，包括遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性。
生物多样性保护与可持续利用这两个命题，从过去“二选一”的两难，到如今“1+1＞2”的双赢，中国各地一直在持续探索着其中的现实路径和发展方向，也在为全球生物多样性治理新征程贡献中国智慧。(完)
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