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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）

体育地标“成”之不易******

　　从北京东二环东四十条桥环岛往东，沿着工体北路车行不久就能看到一座椭圆形的体育场，这就是曾在无数国人心目中留下深刻印记 的北京工人体育场(以下简称工体)。经过两年多的改造复建 ，工人体育场足球场主体工程已经完工，北京首座专业足球场于近日新装亮相。

　　《工人日报》记者从北京市重大项目办获悉 ，工体改复建项目将继续进行周边环境整治提升和商业配套施工 ，预计将在今年3月底全部竣工 。届时，一直以来被视为首都最重要体育地标之一的工体将闪亮回归。

　　“新工体”呼之欲出

　　作为每个城市或地区最具辨识度的标志性建筑或区域 ，地标总是能够充分体现该城市(地区) 的发展底蕴、社会风貌及建设成就。而在众多地标中，以体育场馆为主体的体育地标 ，在体育迷乃至普通民众心目中一直占有重要位置。

　　以修建于1959年的工体为例，作为新中国成立十周年 的献礼工程之一 ，这里曾举办过第一到第四届全运会、1990年亚运会、2001年世界大学生运动会、2004年亚洲杯足球赛和2008年奥运会足球赛等众多国内外大赛 ，承载着新中国竞技体育和全民健身事业的无数美好记忆。

　　“工体在我心目中不仅 是一座体育场，更 是我和国安、和北京足球 的美好记忆，甚至代表着我 的青春……”已在工体看了十几年球的北京球迷黄超告诉记者。如今看到修葺一新的工体即将“归来” ，黄超和朋友们已经开始期待新赛季能够重回这里 ，为心爱 的国安加油助威。

　　正因为蕴含着这种独特而深厚的情感，使得像工体这样的体育地标的改复建并非易事 。

　　“工体改复建工程启动以来 ，‘新工体’如何保留国人记忆和城市情怀，延续带给公众的感动和美好 ，一直是外界关注的焦点之一” ，北京工体改造复建项目总设计师杜松在接受采访时表示。

　　为此 ，“新工体”设计理念确定为“传统外观 、现代场馆”——“传统外观”体现在保持工体原有椭圆形造型 、外立面形式和比例、特色元素“三不变”，同时保护并恢复工体建成初期 的雕塑 、建筑装饰构件等重要元素；“现代场馆”则完全按照国际足联关于专业足球场的标准进行设计施工 ，增添了很多现代科技设施 。

　　记忆深处 的美好

　　不止工体 ，不止北京，对于体育地标的美好记忆和深厚情感，在国内其他城市也不例外 。

　　曾在上世纪60年代成为广东工人足球队运动员，后来又担任过广东省体育局局长 的董良田，曾在接受采访时动情说道 ：“广东和广州 的现代体育发展历史，与广州这座城市密不可分 。”他坦言，体育在广州的城市建设中发挥着巨大功能。

　　例如始建于1906年 的东较场(现广东省人民体育场)，标志着现代体育开始在广东乃至全国萌芽。上世纪80年代天河体育场的修建和第六届全运会 的举办，则极大推动了广东体育 的跨越式发展 ，也推动天河区成为如今羊城最繁华的中心区域。

　　除了北京和广州，上海的虹口体育场、天津 的民园体育场 、重庆 的大田湾体育场、武汉的新华路体育场等，也 是各自城市体育发展历史中不可磨灭 的拼图。

　　将目光投向国外 ，同样不乏极具历史底蕴 ，曾留下很多经典瞬间 的体育地标 。

　　始建于1923年，在2000年得以重建 的英国温布利球场，被视为英格兰足球 的标志 ，曾在1966年世界杯见证了英格兰队夺冠 的辉煌；位于巴西里约热内卢 的马拉卡纳体育场建于1948年，曾以20万观众的容量被誉为世界第一足球场，巴西队三度夺得世界杯后得以永久保留 的雷米特杯就存放在这里 ；位于西班牙巴塞罗那的诺坎普体育场是全欧洲最大 的体育场，见证了马拉多纳、罗纳尔多 、小罗、梅西等无数球星的高光时刻；当然还有马德里 的伯纳乌体育场 ，意大利米兰的圣西罗球场 ，法国巴黎的王子公园体育场……

　　可持续仍 是课题

　　虽然拥有辉煌历史和众多拥趸，但体育地标尤其是传统体育地标 的可持续发展并非一帆风顺 。即便 是马拉卡纳体育场这样 的世界知名体育地标 ，在连续承办了2014年巴西世界杯和2016年里约奥运会后，也一度陷入设施陈旧 、场馆运营困难的尴尬 。

　　“体育场馆的建设和布置能否与其可持续发展有机结合 ， 是考验一个地区体育发展能否融入社会发展 的一个重要标志”，首都体育学院校长 ，北京冬奥会、冬残奥会可持续性咨询和建设委员会委员钟秉枢在接受采访时认为 。

　　在钟秉枢看来，围绕大型体育赛事活动场馆不断建设和完善 的同时 ，周边还要建设很多可供举行小型体育赛事活动 的辅助配套场馆或设施，从而形成大小场馆设施的有机结合 。“体育设施 的综合利用既要吸引品牌赛事活动 ，还要将其变成一个训练基地、体育运动打卡地和体旅休闲度假胜地，才有可能吸引更多人群形成可持续发展 。”

　　在复合经营可持续发展方面，很多体育地标近年来都在做着积极尝试 ，例如向以体育场馆为核心的体育消费综合体转变。

　　为此 ，工体在改复建过程中也确定了以体育场馆为核心，打造综合性消费载体的总体思路 。据悉 ，“新工体”将搭配占地面积约10万平方米的城市体育公园和3万平方米的湖区，打造开放型城市体育公园 ，形成集赛事、体育公园、购物、公共交通系统于一体的文化体育消费流线，助力培育体育消费经济，实现可持续发展。

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）