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)
外媒看中国防疫:“强劲的经济复苏就在前面”******
新华社北京1月3日电题:外媒看中国防疫:“强劲的经济复苏就在前面”
新华社记者
近期,境外媒体纷纷关注到,北京等已渡过疫情高峰的中国城市,复工复产步伐加快,消费活力涌现;道路上的卡车数量增长,国内航班数量上涨,出境航班预订量上升,影院人数增加。疫情防控措施优化调整后,中国经济将出现强劲复苏,并为全球经济稳定和增长起到明显提振作用。
“中国经济将实现比预期更快的复苏”
外媒称,在中国疫情防控措施调整转段后,上海、武汉等多地民众参加跨年庆祝活动,祈福新一年更美好。
法新社1日报道说,在北京,年轻人涌向俱乐部、音乐场所和酒吧;在上海,戴口罩的年轻人在标志性的外滩附近街道上迎接新年到来;在武汉,午夜钟声敲响时,人群放飞节日气球。
中国防疫政策优化调整后,北京等多个城市生产生活陆续恢复正常,经济活力复苏。
多家外媒对中国优化疫情防控政策后的经济复苏保持乐观。新加坡《联合早报》援引经济学家的观点说,2023年中国经济出现更快、更强反弹的可能性越来越大。
彭博社观察到,元旦前一周,北京、成都和武汉等地的地铁乘客人数增加40%—100%,交通拥堵程度上升约150%—240%,表明这些地区的居民正重返工作、购物和餐馆。
彭博社报道指出,虽然经济社会活跃度远低于疫情前的水平,但北京等城市活力的快速反弹表明,一旦这波疫情过去,中国经济能够实现比预期更快的复苏。
英国《金融时报》援引花旗银行分析师预测说,中国2023年社会消费品零售总额将增长11%,达50万亿元人民币,绝大部分主要城市1月中旬前将渡过疫情高峰。报道称,投资者和分析师预测“未来一年将更加光明”。
路透社报道援引国泰君安国际首席经济学家周浩的观点称:“总的来说,我们认为中国经济最糟糕的时期已经过去,强劲的经济复苏就在前面。”
“全球投资者渴望回到中国做生意”
疫情防控措施优化调整后中外人员往来暂行措施1月8日起实施。内容包括:不再对入境人员实施全员核酸检测,对健康申报正常且海关口岸常规检疫无异常者,可放行进入社会面;取消国际航班的客座率限制;进一步优化复工复产、商务、留学、探亲、团聚等外籍人士来华安排,提供相应签证便利。
多家外国在华商会等机构认为,此举有助于恢复中外人员往来和商务旅行,重振投资营商信心。
美联社报道说,对于中国结束对入境旅客实行隔离,众多外企表示欢迎,认为这是朝着重振商业活动迈出的重要一步。报道援引中国美国商会董事会主席华刚林的话称,“这为恢复正常商务旅行扫清了道路”。
据《金融时报》报道,中国美国商会总裁何迈可预料新一年外国高管们将前往中国。一家在中国内地设有工厂的大型日本制造商的高管表示,他和同事预计将很快赴华。
这篇报道援引投资机构PAC创始人廖明的话说,全球投资者渴望回到中国做生意。
“在世界迎来2023年之际,中国已经准备了一份礼物。”肯尼亚《民族报》网站在一篇题为《中国防疫新政策对世界经济是利好》的报道中说。
文章说,新政策为疫情以来没有返回中国或者没有去过中国的国际学生的未来注入希望,也让许多商人有机会重新激活他们在中国的商业网络。
世界将受益于中国经济的复苏
“无论如何,中国和世界其他地区一样,会逐渐走出新冠疫情的阴影,世界最终将受益于中国经济的复苏。”美国福布斯新闻网题为《中国新冠疫情防控新阶段对全球经济有重要影响》的文章说。
世界旅游组织的数据显示,疫情前中国是世界最大的旅游消费国,2018年中国公民出境游支出超过2770亿美元。
美国《华尔街日报》题为《中国人“报复性旅行”将提振2023年旅游业》的报道称,中国重新开放边境意味着中国游客的回归将提振过去依赖他们的企业,特别是在一些周边国家的企业。重新开放对中国的航空公司和旅行社来说显然是好消息,且这些利好将向更广范围扩散。
《金融时报》援引麦肯锡全球董事合伙人沈思文预测,到2023年夏季,中国游客出境游将恢复至2019年同期约50%的水平。上海一家旅行社的经理说,1月下旬农历新年期间将出现旅游“井喷”。
“我们预计,这将对其他东盟国家的经济产生比越南更大的影响,因为这些国家与中国国内经济的关联度更大。”越通社报道援引越南资本公司首席经济学家迈克尔·科卡拉里的话说。
路透社把中国消费者即将为世界各地带来的经济提振比喻为“报复性”反弹。
这家通讯社报道说,中国占全球奢侈品市场消费总额的21%。随着1月21日开始的中国农历新年假期临近,全球各地的酒店、餐饮行业也开始做好准备,希望从即将到来的旅游热中获利。
肯尼亚《民族报》报道认为,中国防疫政策优化调整利好全球经济,中国作为世界第二大经济体有望在全球经济稳定和增长中发挥重要作用。