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）
南北方过小年不是同一天！原因是这个>>>******
中新网北京1月14日电 “二十三，糖瓜粘，灶君老爷要上天。”今天是农历腊月二十三，北方称其为“小年”。小年一到，距离新年也就不远了。对于大部分南方地区的朋友而言，腊月二十四才会迎来小年。南北方过小年不是一天？其实，这与民俗文化的地域性差异等多种因素有关。
1月14日，农历腊月二十三，中国北方小年，河北石家庄迎来2023年首场大范围降雪。图为小朋友正在打雪仗。 中新社记者 翟羽佳 摄小年，也称“祭灶节”。祭灶是一项古老的习俗。旧时，差不多家家户户灶间都设有“灶王爷”神位，人们称其为“灶君司命”，在传说中，他被视为一家的保护神，因此受到崇拜。
有说法称，民间祭灶源于古人拜火习俗。《释名》提到：“灶。造也，创食物也。”灶神的职责就是执掌灶火、管理饮食，后来扩大为考察人间善恶，以降福祸。
“祭灶是很早就有的一个仪式，但祭灶节或者说小年成为春节年俗的一部分，应该是在汉代以后。”民俗专家王娟曾在接受中新网记者采访时这样解释道。
而“祭灶”也称看作是新年开始的标志之一。换句话说，小年是春节的序曲，意味着过年模式开启。
资料图：春节临近，北京街头年味渐浓。 中新社记者 蒋启明 摄过去很长一段时间，网友们对于不同地方过小年的日期不一致，都表达了自己的看法。
其实，对于过小年的日期，古代有“官三民四船五”的传统，即官家的小年是腊月二十三，百姓家的是腊月二十四，而水上人家则是腊月二十五。
晋代名人周处写过一部《风土记》，记录了不少地方习俗与风土人情，其中提到：“腊月二十四日夜，祀灶，谓灶神翌日上天，白一岁事，故先一日祀之。”
有说法称，传统上的小年是在腊月二十四。因清朝中后期帝王家提前一天在腊月二十三拜灶王爷，北方地区百姓随之效仿，也提前一天在腊月二十三过小年。
资料图：农历腊月二十三，中国北方的“小年”，一副超大的巨幅春联亮相千年古城河北正定，民众感受着浓浓的节日气氛。图为春联中间的巨大“福”字。中新社记者 翟羽佳 摄随着时间推移，北方地区逐渐以腊月二十三为小年，南方地区则多半把腊月二十四定为小年。
对于这种“官三民四”的说法，民俗专家王娟基本认可。“总体来说，北方一般都是腊月二十三，南方则是腊月二十四，但由于人口流动等原因，这并不绝对。”
在她看来，古代皇家修历法时，一般会规定重要节日的时间。过小年日期的不同，可能与古代不同朝代实行的历法、习俗的地区性差异等很多因素有关，难免会出现日期不统一的情况。
小年日期的不一致，也从侧面说明了中国传统民俗文化的丰富性和多样性。王娟曾表示，不管小年是在哪一天，都是表达人们对庆祝活动阶段性的区分，期待有一个美好的未来。
无论是在北方还是南方，小年的到来都会让年味变得越来越浓，这其中升腾的是深情的眷恋。
资料图：祭火是蒙古民族最古老的祭祀活动之一，这一习俗已经沿袭近千年，过去蒙古人吃饭前首先要用奶酒敬火，现在则要在每年腊月二十三举行最隆重的祭火活动，被世人称为祭火节。乌仁花 摄“糖瓜”是小年较有代表性的食物，一般用黄米和麦芽熬制而成，把如此制作而成的长条形麦芽糖称为“关东糖”，制成扁圆型就叫做“糖瓜”。
“糖瓜粘性很大，过去也叫‘胶牙饧’，在北方习俗中比较常见。”在王娟的记忆中，对许多年长的人来说，过去物质很匮乏，小时候吃的糖瓜，是一种带点奢侈性质的食物。
而新年的甜味，便藏在小小的糖瓜里。
有的地方也会在腊月二十三这天蒸粘糕、吃粘糕，寓意“年年高”；在福州，甘蔗是祭灶必备的食物，取其“节节高”之意，为新一年讨个好彩头。
“二十三糖瓜粘，二十四扫房子”，一首流传至今的过年谣，唱出了人们最为简单质朴的心愿：新一年平安喜乐，生活甘甜如蜜。(完)
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