盈彩注册网 - 盈彩注册

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）

创新动力强劲 产业高地崛起（新时代新征程新伟业）******

　　上海松江区——

　　创新动力强劲 产业高地崛起（新时代新征程新伟业）

　　本报记者 谢卫群 刘志强 方 敏

　　从上海城区出发，走上沪昆高速，G60科创走廊的标志性建筑“科创云廊”犹如云中巨舰屹立在眼前。

　　新年伊始，G60科创走廊建设热火朝天：海尔洗衣机互联工厂投产，规划年产卡萨帝洗衣机200万台，产值将突破50亿元；连接松江枢纽与上海市区的沪松公路快速化道路建设启动，建成后进城时间将大大缩短；松江经开区2022成绩单公布，其中，院士专家工作站达12个，集聚重点人才730位……

　　6年前，这一带还是阡陌之地，而现在，G60松江段周边，已崛起集成电路、人工智能、生物医药等七大产业，汇聚了尚实航空发动机、科大智能、豪威半导体、正泰智电港等诸多先进制造业企业。

　　2016年5月24日，地处上海郊区的松江区启动G60科创走廊建设，后经两次扩容，已纳入浙江嘉兴、江苏苏州、安徽合肥等8座长三角城市，服务长三角一体化发展。以松江区为牵引，以松江枢纽为支撑，G60科创走廊正全力打造具有国际影响力的科创走廊和我国重要创新策源地。2022年前三季度，松江区规模以上工业企业数量升至全市第一，战略新兴产业占比达到67.8%，全社会研发经费投入强度由2015年的3.58%提升至2021年的5.38%，高于全市平均水平。

　　从曾经的农业区、传统制造业区，变身长三角地区重要的先进制造业集聚地、科创策源地，松江之变，成为新发展理念在基层的生动实践。

　　党的二十大报告提出“加快实施创新驱动发展战略”。“落实就是担当，我们将以长三角G60科创走廊建设为重要平台，聚焦产业链布局创新链、人才链，以‘要素聚变’催化‘科创蝶变’。”松江区委书记程向民表示。

　　延长创新链

　　一场仪器分析产业产学研力量的“聚会”

　　一排排仪器，各自与电脑相连，上面布满各种管线，工作人员细致察看、精心测试。一旁，上海仪电分析仪器有限公司总经理袁为立告诉记者，公司历时10多年研发出GC128气象色谱仪，技术水平、温控精度、流量、压力控制都达到国际先进水平。

　　“科学仪器是科研的眼睛。目前，我国精密仪器制造技术还相对较弱，加快研发和创新是我们的努力方向。”袁为立说，自2018年入驻松江分析产业园，公司销售额年均增长5%以上，质谱仪、液相色谱仪等产品进步明显。

　　产业发展离不开科技支撑。为推动分析产业从无到有、茁壮成长，松江分析产业园与清华大学联手，于2018年4月建立上海分析技术产业研究院，完善创新链条，吸引人才企业。“松江瞄准我国高端仪器产业短板，打造聚焦细分领域创新的分析产业园，眼光独特、意义重要。”兼任研究院院长的清华大学精密仪器系教授欧阳证说，研究院通过设立孵化场地、自建公共实验室、打造仪器共享服务平台，方便更多小微企业开展研发。

　　从高端分析仪器、第三方检验检测，到检测技术与生物分析、分析仪器重要零部件，松江分析产业园内，已有60多家企业集聚。2021年，松江区仪器仪表制造业规模以上产值达71亿元，占全市的15.4%。“短期内，我们力争培育100家左右的分析仪器企业，其中不乏多家有望高成长的优质企业。”对于未来，欧阳证满怀信心。

　　不只是分析产业。近年来，松江聚焦重要领域和前沿技术，打造了G60脑智科创基地、科恩实验室、优图实验室等一批重大研发平台。近期，松江又牵头制定《长三角G60科创走廊联合攻关行动方案》，提出加快形成更多“从0到1”的关键技术突破，让创新链不断延长。

　　深耕产业链

　　一个电子制造产业集群的兴起

　　一边订单交付在即，一边芯片与电子元器件面临缺货风险。前段时间，正当上海诚意电气负责人刘昌学发愁时，位于松江“G60科创云廊”的云汉芯城公司伸出援手——通过海量的数据分析，为其精准匹配符合条件的国产电子元器件，还助其完成了原理图设计、元器件选型以及国产芯片的程序设计。

　　“扎根松江，面向全球，我们累计服务的企业和客户已经突破10万家，大多属于与芯片相关的元器件行业。”云汉芯城公司副总经理周雪峰说，企业打造的平台聚合了不少货源企业和采购企业，可为中小微企业提供产品技术方案开发、电子元器件采购等全流程一站式服务。

　　从产品研发、器件选型、物料供应到生产交付，这些年，松江的电子制造产业链条越发健全完备，与人工智能、工业互联网等产业互为支撑、共同成长。

　　走进腾讯长三角人工智能先进计算中心，数据机房里的服务器一眼望不到头。“当前已有1万余台服务器投入工作，项目建成后，将成为面向全球的长三角‘数字底座’。”上海珑睿信息科技有限公司是腾讯项目的建设运维方，首席执行官顾炯说，“服务器与算力的集聚，让30多家超算生态企业‘群贤毕至’。”

　　距腾讯项目不远，伟本智能机电（上海）股份有限公司车间一片忙碌。“我们帮助制造企业通过5G将机器人、机床和专机设备连接起来，可大大提高生产效率。”副总经理高飞自豪地说。目前，松江已在工业互联网领域形成了从平台、解决方案提供商到专业服务机构、智能设备制造商的完整链条，集聚上下游产业链重点企业300余家，带动区域内8000多家中小企业上云。

　　近年来，松江大力推进产业链、创新链融合发展，聚焦人工智能、生物医药、集成电路等“6+X”战略性新兴产业，引进海尔智谷等一大批百亿级重大项目和龙头企业，高端制造成色更足、动能更强、赛道更多。截至2021年底，松江在人工智能、集成电路、生物医药等领域分别集聚重点企业842家、121家、2952家。

　　优化服务链

　　一次“与时间赛跑”的提速审批

　　5台打桩机一齐作业，多辆大卡车穿梭其间，一场小雨过后，为一家跨国公司定制的松江正泰智电港三期项目现场已是一派繁忙。“从完成土地摘牌，到拿到桩基施工许可证，以往要好几天，现在只用6小时！”正泰智电港常务副总经理曾元千竖起大拇指。

　　2022年3月项目签约后，受疫情影响，曾元千一度十分着急，生怕耽误工期。“为了尽力节省时间、减轻企业负担，所有流程靠前协助、全程跟办，提前准备相关材料进行预审。”松江经开区企业代办中心主任张磊说，得知企业诉求后，有关部门全力以赴，让项目得以最快速度开工。项目办公室里，一张进度表显示：2022年5月前，工期还延误1个月，到2022年11月24日，延误天数已变为“0”。

　　科创生态，关键看营商环境。让科创项目落地生根，要素对接平台是重要环节。为帮助更多好项目找到资金支持，松江不遗余力。

　　“我报告的项目是‘可降解输尿管支架’，我们的突破是……”2022年11月30日，上海证券交易所G60科创走廊服务基地，一场项目路演紧张进行。几十名投资人坐在台下，来自不同城市的项目报告人一一宣介、争取投资。“2022年以来，这里已举办产融对接活动63场，93个项目得到青睐、成功融资。”G60科创走廊创新研究中心主任贾占峰说。

　　梳理形成2022版松江区“证照分离”改革清单98项，进一步降低市场准入门槛；深化落实人才“1+10”政策、G60科创走廊九城市互认互通人才18条政策，加速构建“政产学研金服用”创新体系……眼下，松江正多措并举，持续营造市场化、法治化、国际化的营商环境。

　　“党的二十大报告提出，‘深化简政放权、放管结合、优化服务改革’‘营造有利于科技型中小微企业成长的良好环境’。”程向民表示，松江将不断创新服务模式，聚焦精准制度创新，用工作的确定性对冲市场预期的不确定性，着力破除深层次体制机制障碍，实现创新链、产业链、资金链、人才链深度融合，不断创造新业绩。

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）