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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）

山东寿光：合奏育人“主旋律”******

　　山东寿光构建“四个一体化”思政教育工作体系——

　　合奏育人“主旋律”

“在‘学会与父母沟通’一课上，学生模拟还原了与父母发生矛盾的真实情景，并就‘我们如何与父母相处’这一问题展开自由辩论，在相互交流中学会了与父母换位思考；在‘模拟法庭’课上，老师组织开展了‘我是法律小专家’案例分析活动，学生运用所学法律知识对案例进行分析，提高了学生学法、知法、守法、用法能力。”近日，山东寿光现代明德学校校长王永亮告诉记者，该校在山东省寿光市思政教育一体化建设工程引领下，改进思政育人模式，收到了良好效果。

　　近年来，寿光市紧紧围绕立德树人根本任务，着力构建基于“顶层设计、课程打造、队伍培养、阵地建设”为主的“四个一体化”工作体系，实施党建统领下的思政铸魂育人工程，激活了学校思政教育“一池春水”，有力提升了思政教育质量和育人水平。

　　2021年，寿光市成立了思政课教学指导委员会、大中小学思政课程一体化研究课题组，汇聚了大中小学思政课教育专家和骨干教师30余人，强化对全市思政课教学的指导与研究。通过建立完善顶层设计，寿光确保覆盖大中小学各个学段的教材体系、教学体系、评价体系、实践育人体系、师资建设体系、保障体系等整体协同，坚定育人“大方向”。

　　“通过顶层设计一体化，打破了学段壁垒，统筹理顺思政德育目标一致和内容梯度衔接的关系，有效解决了教育目标制定脱节、教育内容交叉重复、不同阶段的思政教育缺乏有效衔接等问题，为思政铸魂育人工程注入了生机活力。”寿光市委教育工委委员刘福昌说。

　　同时，寿光通过跨学段协同联动的思政课一体化教学研究联盟建设，加强了各联盟学校之间的协调“互动”，构建了不同学段“协同作战”的思政课实施体系。作为寿光域内唯一的本科院校，潍坊科技学院与寿光现代中学等24所中小学建立大中小学思政课一体化建设研究基地，开展思政课教学研究，促进各学段思政教育融通融合。

　　“联盟校共建为邻学段、同学段、跨学段相互听课、集体备课、思政课‘堵点’集体攻关及思政课教学资源共享搭建了平台，让每个学段都有‘责任田’，实现了不同学段思政课教师无障碍交流。”寿光市教体局党建工作科负责人李新刚介绍。

　　在日前寿光市大中小学一体化“同城大课堂”专题研讨会上，来自全市各学段300多名大中小学思政课教师围绕“传承红色基因”这一主题同备一堂课，以家乡的红色元素为切入点，以不同年龄段学生喜欢听、能听懂的方式宣讲党的二十大精神。

　　在思政课教师队伍一体化培养中，寿光坚持统筹融合，全力构建全市思政课教师共同体，创新实施“一一二”工作法，即成立一个市级教研团队，组织大中小学开展联合教研；打造一个教学法，与“教学评一致性”相融合，打造高效课堂；定期组织全市各大中小学教师“同备一节课”“同上一堂课”，将一体化建设的研究成果转化为教师课堂教学的生动实践，培养思政育人“生力军”。

　　同时，寿光加快大中小学思政课教师专业发展一体化团队建设，遴选了6个思政课教学示范团队，组建16个思政课名师工作室，辐射引领全市1600多名思政课教师实现专业化成长，并优化完善思政课教师评价激励机制，调动教师参与衔接的积极性和主动性。

　　此外，寿光还大力推动思政育人阵地建设一体化，形成合奏育人“主旋律”。“我们的思政课不仅在课堂上，还经常开设在各类实践基地，这种丰富多彩的‘体验式’思政教育，学生更喜欢、效果更好。”日前，正带领学生在寿光市蔬菜高科技示范园上思政课的寿光一中教师李舒说。

　　与这堂“出圈”的思政课一样，寿光越来越多的思政课教师尝试用新的“打开方式”，让思政课变得鲜活可感、有料有趣。近年来，寿光遴选新时代精神文明广场、牛头镇抗日武装起义陈列馆等30个大中小学思政课一体化教学实践基地，联合开展“进企业、进社区、进农村”等参观考察和主题实践活动，让“行走的思政课”在学生心中留下了印记。

　　目前，寿光市思政课阵地建设一体化格局基本形成，育人效益不断提升，实现了课内外无缝衔接、全过程全方位育人。“我们将持续开好、上好一体化贯穿各学段的思政课，以入耳入脑入心的思政教育，促进学生德智体美劳全面发展，为学生健康成长打好生命底色。”寿光市教体局党组书记、局长张国峰这样说。（本报记者 魏海政 通讯员 商荣宾 张伟峰）

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）