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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）

台湾民众何以摆脱“用电的烦恼”？******

　　新华社台北1月18日电(记者赵博、黄扬)最近，台湾电力公司(以下简称“台电”)的一则提示成为热门民生话题。提示说，春节假期工厂停产、公司歇班，用电量减少，流经地下电缆的电力大幅降低，电缆产生大量无效电力灌至系统，造成电压可能升高逾一成，因此呼吁民众外出要拔掉插头，避免家中电器设备烧损故障。

　　春节年年有，为何今年要特别提示“拔插头”？专业人士及舆论指出，其实问题在于风光电等不稳定电力在台湾总电力系统中的占比上升，让电压变得不易控制。

　　近年来，台湾当局大力发展再生能源发电。据《联合报》报道，冬季风力发电旺盛、光伏发电效率趋佳，使得今年春节期间风光电在全台总电力系统中的占比可能突破30%。

　　新竹清华大学工程与系统科学系特聘教授李敏表示，当再生能源发电量过高时，发电和用电的动态平衡会出现波动，影响电网稳定性。电压上升不仅可能导致烧坏电器，还可能造成电线起火，成为公众安全问题。

　　《风传媒》专栏文章分析，当局不遗余力发展绿电，再生能源发电过剩时的储能设施却没有及时跟上。目前的法令又不允许电力公司弃再生能源，于是只能让电压上升。

　　“配套不足下，民进党离岸风机一支一支插，光电板一片一片种，不只破坏海岸、鱼塭，产生一大堆官商勾结的黑金利益，弄了半天，供电还不稳定。”有岛内资深媒体人在社交媒体上发文说，辛苦了一年，春节好不容易放个长假出远门，还得为家中电器提心吊胆。连供电都不稳定，怎么过好年？

　　如果说电压不稳定是台湾民众新近的烦心事，那么，停电无疑是徘徊在人们心头的沉重苦恼。

　　从2017年“8·15大停电”到2021年5月连续两次大停电，再到2022年3月殃及逾500万户的全台停电，以及2022年7月无预警停电频发，电力紧缺越来越成为困扰台湾产业发展、影响民众生活的“紧箍咒”。

　　据岛内媒体报道，第二核电厂2号机将在3月中旬停机，用于递补进入岁修的大潭7号机的燃气机组却受疫情影响工程延宕，无法按时并网测试。因此，今年春季恐怕供电吃紧。

　　尽管台当局经济主管部门负责人保证“努力进行调度”，民众还是忧心忡忡，生怕苦不堪言的大停电“又来几遍”。连台电也无奈表示，届时只能祈祷老天爷帮忙，“天气不要太热”。

　　台湾供电系统以备转容量(即当天实际可调度的发电量扣除使用后剩下的余量)作为电力盈缺指标。当备转容量率低于6%，就会亮起象征“供电警戒”的橙色灯号，介于6%至10%之间，则为象征“供电吃紧”的黄色灯号。

　　《风传媒》引述台湾“中央大学”讲座教授梁启源的分析指出，近年再生能源包括太阳光电、风力发电等执行率均打折扣，燃气电厂则有供气不足的问题，未来三年岛内供电系统的备转容量率预计均在10%以下。

　　他还说，由于再生能源发电占比增加，夜间没有太阳无法发电，预计未来夜间的电力供应容易发生缺口，备转容量率恐将低于3%。只要有一部大型机组故障，就会发生大停电。

　　让民众不断承受“用电的烦恼”，究竟是谁的错？此间舆论指出，“非核家园”能源政策难辞其咎。

　　“非核家园”被称作民进党的“神主牌”，民进党2016年上台后不久就在台立法机构通过相关法案规定，全面优惠绿电发展，电商的发电配比必须符合能源政策目标(天然气50%、燃煤30%、再生能源20%)，同时在2025年前彻底关停核电。

　　事实证明，这个能源转型计划让台湾吞下了发电成本暴涨、空气污染加重等种种恶果。尤其是明知主要依靠进口天然气等燃料火力发电，民进党仍加码喊出“电价冻涨”的政治口号，导致台电亏损严重，2022年亏损高达2675亿元新台币(约合598亿元人民币)。

　　不久前，民进党当局又推出新的“减碳目标”，计划2030年电力配比调整为“523”，即燃煤降为两成、再生能源提升到三成。

　　对此，《中国时报》指出，如果相关配套做得不足，再生能源大量并网可能造成系统惯量不足，电网频率失衡，导致跳机停电风险。台湾大学电机工程学系特聘教授刘志文分析说，唯有建好“三道防线”，包括加严再生能源并网技术规范、调整电能控制系统、增加储能设施与需量反应，才能有效降低绿能并网冲击。

　　春节一天天临近，业界和民众都期待新的一年景气好转，诸事顺遂。然而，民进党当局耽于“口水”保证，却不知检讨和修正能源政策，台湾社会“用电的烦恼”恐怕仍将挥之不去。（新华网）

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）