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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）

奋楫笃行·市规划自然资源委顺义分局以保障房供应为抓手 为产业高质量发展积势蓄能******

    导 读

　　习近平总书记在党的二十大报告中指出，要建设现代化产业体系，坚持把发展经济的着力点放在实体经济上。市规划自然资源委顺义分局立足职能，以保障房供应为抓手，聚焦企业急难愁盼的问题，统筹规划引领与规划实施，统筹产业发展与农民增收，统筹市场需求与资源供给，统筹职住平衡与产城融合，实施产业园区周边配套设施提升行动，推出三个有需求、有配套、有品质、能落地的集体土地建设保障性租赁住房项目，切实解决企业后顾之忧。

　　顶层设计，统筹兼顾

　　根据《北京市城市总体规划(2016年—2035年)》，顺义区作为创新引领的区域经济提升发展先行区，目前正处在新兴产业发展的关键阶段。经实地调研，企业对产业园区周边配建保障性租赁住房的需求较为强烈。为切实解决入区企业的“急难愁盼”，顺义区决定在中关村顺义园区和中德产业园区周边利用集体土地建设三个保障性租赁住房，一方面发展集体经济，盘活集体土地，促进农民增收；另一方面精准服务企业，解决企业需求，持续完善产业生态。三个保障房项目由政府统筹规划选址、统筹建设运营、统筹配套建设、统筹租赁管理，目前已全部实现供应，总用地面积约12公顷，建成后预计可提供约3000套保障房。

顺义区主要功能区布局规划图

　　摸清底数，明确需求

　　分局会同区住建、经信、属地政府和产业园区将现状租赁住房存量与企业上报实际需求进行叠合分析，明确全区租赁住房需求缺口的规模、类型和空间分布。结合全区产业发展布局，综合考量本区产业基础较好地区进行选址，并对当地现状企业员工房屋租赁空间、类型及租金水平进行实地调研，开展画像描述，明确功能配套、公共服务、租金等需求。

产业园区周边保障房资源和需求空间分布图

　　多元分析，保障配套

　　分局立足规划引领，联动区级各相关部门、属地开展多维度分析，选取配套设施完善、交通便利的区位推进保障房建设。参照《北京市保障性租赁住房建设导则》等规范中关于租赁住房规划选址要求，对顺义用地空间从配套设施、交通设施以及职住平衡三方面进行评价，选取适合租赁住房建设区域。在此基础上，属地结合用地现状、国土空间规划编制等实际工作，进行选址确认，并将确定的建设图斑和选址方案报区级部门联合审查，重点对城市风貌、商业公服配套、教育医疗设施等会商研究，确保配套同步建设使用。

保障房用地选址综合要素技术分析路线（局部）

　　契合需求，把控品质

　　分局根据服务人群的工作和生活特征，结合居住及其配套、公共交流等需求开展建设方案设计。居住方面，设计居住标准单元，在把握成本的同时，提升居住品质，满足单人、双人居住需求，并为多人居住提供多种户型的组合方式，更具灵活性，满足多元化需求。配套和公共交流方面，充分统筹地块空间，除在居住公共空间设置会客厅、快递室、自助洗衣房等配套设施满足日常需求外，设立独立商业，引进便利店、咖啡店、书店、美容美发等商业设施，满足休闲交流需求。

基于实地调研明确供给端设计要求

　　精准测算，推动落地

　　分局分别就项目实施主体、产业园区企业关心内容进行分析测算，确保保障房项目落地。参考项目周边住房租金水平，考虑保障性租赁住房的优惠政策、未来租金涨幅等因素，精准测算项目保障房的住房租金价格。与企业深入交流座谈项目区位、设计方案、户型设计、租金价格相关信息，同时对项目资金投入、收益平衡年限等进行测算，保障项目经济可行性。

　　分局将会同相关部门，加快推进三个保障房项目建设工作，深耕产业发展基础，助力企业“轻装上阵”，在盘活集体土地、保障农民增收的同时提升市民、青年人等群体住房满意度。

　　本内容由市规划自然资源委顺义分局提供

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）