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)
墨西哥驻华大使施雅德:墨中关系充满活力 在华工作充实有信心******
(中国这十年·他论)墨西哥驻华大使施雅德:墨中关系充满活力 在华工作充实有信心
中新社北京9月26日电 题:墨西哥驻华大使施雅德:墨中关系充满活力 在华工作充实有信心
中新社记者 肖欣
“中国在过去十年间取得卓越的发展成就。这种发展从沿海到内陆,并不局限于经济增长,还涉及科技、医疗、农业等诸多领域”,墨西哥驻华大使施雅德在接受中新社记者专访、细数近年来墨中合作项目时说,担任驻华大使“让我感到充实”,对合作造福于两国人民既“自豪”又“有信心”。
图为8月16日在北京拍摄的墨西哥驻华大使施雅德。 中新社发 墨西哥驻华大使馆 供图今年2月14日是墨西哥与中国建交50周年纪念日。“墨西哥和中国半个世纪的外交关系硕果累累。”施雅德表示,自建交以来,历任墨西哥总统都在任期内访问过中国,以增进两国间政治对话和互信,加强经贸及各领域交流与合作。“各层级政府间对话、经贸往来和双边合作都反映出我们紧密的双边关系,尤其是自2013年以来建立的全面战略伙伴关系充满活力”。
“我希望强调我们与中方合作的重要性。”施雅德指出,中国是墨西哥第二大贸易伙伴,墨西哥也是中国在拉美和加勒比地区的第二大贸易伙伴。
图为2022年7月21日,重庆,墨西哥作为主宾国参加第四届中国西部国际投资贸易洽谈会。 中新社发 墨西哥驻华大使馆 供图他还强调,墨西哥和中国都拥有悠久丰富的历史文化。两国文化在对方的美食、艺术等各方面有着源远流长的融合呈现。近年来,两国的教育和文化交流不断加强,“越来越多的墨西哥人有兴趣学习汉语,并希望来到中国留学,中国人对了解墨西哥的兴趣也不断增加。”
施雅德介绍,多年来,墨中共同开发的合作项目涵盖减贫与发展、灾害管理、气候变化、智慧城市规划、数字经济、中医药等诸多领域,“两国在共同感兴趣的领域分享着各自的宝贵经验”。他还透露,“最近,我们正重点努力推进一项更富雄心的合作计划,给予科技领域‘优先机会’,在人工智能、航天技术、电信等领域,两国的决策者和行业专家将展开交流与合作。”
作为“专家型”外交官,施雅德曾参与世界贸易组织(WTO)筹建,并担任WTO负责经济和发展问题的副总干事,见证并支持了中国加入WTO。此后,他又赴任岭南大学副校长、香港中文大学深圳校区副校长等职,专题研究中国贸易和金融体系。担任驻华大使以来,这位深谙经济发展与多边合作的“专家”热衷参与和推介一些惠及民生的“小项目”。
图为2022年7月21日,重庆,墨西哥作为主宾国参加第四届中国西部国际投资贸易洽谈会。 中新社发 墨西哥驻华大使馆 供图“最近有两个让我非常自豪的例子”,施雅德告诉记者,“一是由重庆市政府资助的在线培训项目,它使墨西哥中小企业所有者有机会了解数字化,通过电子商务获得更好的增长机会;二是与福建省政府合作的‘菌草’种植技术推广项目,菌草可作为牲畜饲料,其种植还可改善土壤以提高农作物产量,为贫困地区民众创造额外的收入。”
“毫无疑问,这些项目将为许多墨西哥民众带来可持续的生产方式和更好的生活”,施雅德强调,“墨方将继续以长远发展的眼光,与中方共同培育这些意义深远的项目。”
合作的意义也在两国携手抗击新冠肺炎过程中得到充分彰显。施雅德表示,从疫情之初,墨西哥就得到来自中国各级政府的支援。
他介绍说,在疫情最初阶段,中方的援助主要集中在提供防护装备和全球急需的呼吸机等医疗器械方面,这让墨西哥能够配备呼吸机的医院床位几乎增加了两倍。危急时刻,作为通向拉美和加勒比地区的门户,墨西哥城和上海市建立起“空中绿色通道”,2020年至2021年,往返两国间的350架次飞行将抗疫急需的医疗物资送达拉美多国。
在第二阶段的疫苗合作中,墨西哥率先批准三种中国新冠疫苗的紧急使用。2020年至2021年,墨方累计收到来自中国的超过3400万剂疫苗。
图为2022年5月28日,郑州-墨西哥城定期货运航班首航仪式,此次首航也标志着两国间直航的恢复。 中新社发 墨西哥驻华大使馆 供图在施雅德看来,中国的公共卫生外交在全球新冠疫情防控中发挥了重要作用。其中,墨中守望相助的故事更是两国深化合作利好拉美和加勒比国家的缩影。
“墨西哥在拉美地区扮演着重要角色”,施雅德指出,作为该地区第二大经济体和人口第二大国,基于历史、文化、语言、经济、社会各方面的紧密联系,墨西哥与该地区其他国家都保持着牢固和友好的关系。在区域合作中,墨西哥是该地区的重要捐助国之一,也是联合国拉丁美洲和加勒比经济委员会、美洲国家组织、拉美和加勒比国家共同体等区域组织的积极成员。
“同时,墨西哥与中国有着密切的友谊”,施雅德说,“这令墨西哥具有强大的影响力,可以为促进拉中关系作出重要贡献。”他补充说,墨西哥2020年至2021年担任拉美和加勒比国家共同体轮值主席国期间,在科技创新、农业、传统医药、减贫与发展等领域同中国展开广泛交流合作,在2021年底成功举行的拉中论坛第三届部长会议上,各方达成未来三年合作路线图。
“担任驻华大使让我感到充实”,施雅德说,“我有信心,我们两个伟大的国家将在经济、人文等各领域更紧密地团结合作,造福于民。”(完)
(文图:赵筱尘 巫邓炎) [责编:天天中] 阅读剩余全文() |