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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）
高校对校外人员开放了？专家：应逐步适度恢复对外开放******
中新网北京2月1日电（刘欢）近日，清华大学、北京大学等多所高校宣布恢复校友出入校权限，部分高校还允许家长和校外人员申请入校。
“乙类乙管”实施后，高校对外开放规则有何变化？校外人员是否还能出入校园？
恢复校友出入权限，家长也能到校参观
目前，清华大学、北京大学、中国人民大学、北京科技大学、武汉大学、哈尔滨工程大学等高校陆续发布通知：结合疫情防控政策调整和校园实际，学校恢复校友免预约出入校本部的权限。
大学校友可通过出示电子校友卡、实体校友卡或有效身份证件，经工作人员核验确认后，步行入校。未办理相关证件的校友可通过校内单位预约流程，申请入校。
对于家长和校外人员，东南大学特别规定：因需入校的家长和其他校外人员，可提前一天线上申请，并经校内有关单位负责人审批，审批通过后生成入校码，方可入校，出校时，需做好扫码登记。
资料图：图为2021年北京大学本科新生在北京大学西门与家人合影留念 中新社记者 易海菲 摄此外，香港中文大学（深圳）近期发布通知，取消白名单以外人员入校报批制度，恢复疫情前入校模式：工作日来访人员可在官方小程序申请入校，填写被访部门、被访人员及来校事由；来访人员出示有效证件，做好登记后可进入学校。
大学在周末和法定节假日对外开放，参观人员在校园开放期间必须持本人有效证件在门岗登记，并接受安保人员查验。
香港中文大学（深圳）大二在读生小刘对此表示很支持，“大学能正常运作挺好的，大家来参观，也能对学校有了解”。
大学校园备受青睐，却也有协调烦恼
大学校园一直是校外游客热衷参观的地点之一，特别是花季等特殊时期，各大高校迎来游客参观高峰期，校园和校外人员的协调问题也凸显出来。
中新网了解到，高校此前对社会开放时，规定学生宿舍区、教职工家属区和教学科研场所集中区域为非开放区域，图书馆、体育馆等则可以进入。目前，虽然多所高校陆续恢复校友出入权限，但暂未对社会全面开放。
武汉大学保卫部工作人员向中新网表示，目前学校暂未对普通游客开放，校园教职工、学生的到访亲友可联系校内人员进入校园。
24岁的崔磊本科就读于武汉大学，他告诉中新网，在2020年之前，武汉大学没有设置门禁，可以自由出入。“武大之前是真正没有围墙的大学，正门口是一座开放的牌坊，学校就坐落在商业街附近，经常有游客来参观。”
每年3月是武汉樱花开放的时节，也是校园游客最多的时候。崔磊表示，这个时期经常能看到专程来武大拍照的游人，学校在受到大家欣赏和认可的同时，也存在一些困扰。
在校园内，从学生宿舍到教学楼之间有一条著名的樱花大道，花季时期常常被聚集人群围得水泄不通，还有游客在学生上课时探头探脑，影响了正常教学秩序。
资料图：图为2021年游客在武汉大学樱花大道上拍摄盛开的樱花。中新社记者 张畅 摄除了校园景观，图书馆、体育馆等公共设施及场地也经常吸引一些校外人员。
阿九居住在北京一所高校附近，此前曾在一所大学校园的篮球场打球，有时还会碰到一起加入的学生，“球场挺好的，碰到学生，问一句‘能玩不’，就可以一起打球了”。
谈及大学公共设施问题，他认为，一些有学生在自习的地方不太适合开放。“但球场这类的，我觉得可以在学校没有自主活动的时候放开，社会上这类公益性的资源比较少，如果能有多一点公共球场或社区球场，谁会去学校呢？”阿九说。
“有取有用”，高校宜与公众共建共享资源
虽然从前的对外开放曾对校园秩序造成影响，但崔磊仍然希望今后能逐渐恢复到放开状态。
“一方面大学具有公共属性，应该对外开放部分资源；另一方面大学生也不应该被圈养。”他表示，开放的同时应加强管理，不能打扰到学生生活。
“寒暑假没什么课的时候，校园里的资源就可以合理利用起来了，能够协调好开放秩序也是大学管理能力的体现。”崔磊说。
资料图：图为2022年市民在广东省立中山图书馆阅读学习。中新社记者 陈楚红 摄传媒工作者侯知谦此前曾到一所高校参加活动，因开放权限问题产生困扰。他认为，作为城市文体资源的重要聚合枢纽，向公众开放体育场、绿地等区域可以说是公立高校“有取有用”的社会义务。
“随着防疫政策的调整，高校理应在保证师生安全和教学秩序的前提下以合理方式向公众开放，尽管此举将让高校重新担负起相应的管理职责，但其更显著的意义在于让公众参与高校共建，共享丰富的资源。”
南京大学教育研究院教授吕林海则认为，大学具有文明教化、传播知识的社会职能，同时还应承担起社会责任。
“高校是知识资产的拥有者和奉献者，不能仅仅提供一些物理资源，更应该成为社会的知识资源管理中心，将来应逐步适度、有限地恢复到开放状态。”吕林海说。（应受访者要求，文中部分人名为化名）（完）
（文图：赵筱尘 巫邓炎） [责编：天天中] 阅读剩余全文（）  视觉焦点
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