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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)

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(新春走基层)台湾美食业主盼“团圆”:一起打拼向未来******

  中新网福州1月22日电 (彭莉芳)尽管两岸“小三通”客运航线部分恢复通航了,陈人泽还是选择留在福州过年,筹划“陈家蚵仔煎”的新发展。

  农历正月初一,陈人泽就赶往厦门曾厝垵考察,准备在厦门这个滨海旅游城市的“网红”小渔村寻一家新租铺,扩大“陈家蚵仔煎”的生意版图。

陈人泽正在做“蚵仔煎”。 吕明 摄陈人泽正在做“蚵仔煎”。 吕明 摄

  从独自一人在福州打拼,到给摊铺招徕助手,再到如今有了三个连锁品牌摊铺,陈人泽的生意可谓红红火火。

  “看夏天能不能把儿女们接过来,一家人在大陆团圆,一起打拼。”这是60岁的台湾美食业主陈人泽的兔年“新”愿。

  陈人泽来自台中,在福州市台江区宁化路夜市经营着一家名为“陈家蚵仔煎”的摊铺。进入宁化路夜市,跟着人流走,在人潮最为涌动的摊位前,就能找到忙着做蚵仔煎的陈人泽。

陈人泽正在做“蚵仔煎”。 吕明 摄陈人泽正在做“蚵仔煎”。 吕明 摄

  “价不高,味极鲜,老板很亲切”,加上许多当地网红博主的推荐,让“陈家蚵仔煎”在许多本地美食推荐榜单上名列前茅。往来的食客,也喜欢称陈人泽为“阿泽”。

  陈人泽告诉记者,生意最好的时候在夏天,年龄横跨老中青的食客顶着夏夜余热慕“食”而来,只为尝尝他做的台湾小吃“蚵仔煎”,每日限售三百份。

陈人泽准备从住地出摊。 吕明 摄陈人泽准备从住地出摊。 吕明 摄

  蚵仔煎是闽台传统小吃,“人气”在两地夜市居高不下。磕开鸡蛋,铺上海蛎,倒入地瓜粉浆,待表面煎到金黄,撒上豆芽青菜,再淋上咸甜的酱料,一份软嫩鲜甜的蚵仔煎就“大功告成”。

  在陈人泽看来,蚵仔煎制作简单,风味极佳的关键,在于食材的新鲜和酱汁的地道。

  为此,陈人泽的厨房里没有隔夜食材,鸡蛋、包菜、黄豆芽须赶早市购买,牡蛎则请人从海边送来。下午三点切完菜后,他将西红柿现榨成汁,将糖、盐、蒜、醋按比例搅匀,静置些时。

  “这样做虽麻烦,但味道好!”陈人泽说,酱汁有“新鲜的酸味”,吃时“生津”,是正宗的台湾南部口味。

陈人泽正在清理餐车。 吕明 摄陈人泽正在清理餐车。 吕明 摄

  除夕,他给自己放了个假,用一顿火锅犒劳过去辛劳的一年,与远在台湾的家人视频连线聊家常。

  陈人泽的父母在台湾逢甲夜市卖了六十几年的蚵仔煎,他也耳濡目染,传承了家中的好手艺。他说,自己一辈子就做了三件事,一是年少时在台湾开了10年车厂做汽车装配;二是2003年看到大陆的发展前景,跨海到义乌做贸易;三是2009年在大陆重拾蚵仔煎这一老本行。

  “死小孩,家里很忙还不赶紧回来。”陈人泽向记者绘声绘色地模仿父母当年从电话传来的埋怨。但他还是选择留在大陆发展,“当然要留在这,见证它强起来。”

  十几年来,陈人泽带着他的蚵仔煎,奔波于大陆大大小小的美食展做展销,也“跑透了”大陆的大好河山。

陈人泽正在制作“蚵仔煎”秘制酱汁。 吕明 摄陈人泽正在制作“蚵仔煎”秘制酱汁。 吕明 摄

  “大陆的地理我知道,小时候教科书上都有写!”《三国演义》是陈人泽的启蒙读本,一有时间,他就跑去看看书中的城市,如赤壁、荆州、襄阳、南充等。到常山赵家庄时,他尤为兴奋,这是常胜将军赵子龙的故居,赵子龙是他最爱的三国人物。

  奔走于天南海北,他感慨于大陆幅员辽阔,风味小吃数不胜数,每个地方有不同的文化特色与人文风情,“北方美食量大,南方菜精致小巧、味偏酸甜,西北面食堪称一绝”。他笑说:“如果到四川做蚵仔煎,得做成麻辣味才有人吃。”

  陈人泽也感慨大陆基础设施建设特别是交通的进步,“现在,许多城市之间‘一日生活圈’形成了。十几年来,大陆人的生活是往上升的。”

  三年前,陈人泽机缘巧合来到福州,看准当地夜市经济的发展前景,一头扎进福州夜市做连锁小吃,推广台湾蚵仔煎。

  “东西煮出来是对客人的责任,味道失之毫厘,客人都吃得出来。”三年来,他根据当地人的口味以及客户的反馈,不断调整食材出搭配比例,这是他的摊铺受顾客青睐的原因。

  今年,陈人泽想把蚵仔煎摊铺开到闽南,极具人流量的旅游胜地曾厝垵成为首选。他表示,希望能在与台湾人文风情相似的闽南,推广更丰富的台湾美食。

  “陈家蚵仔煎”春节打烊,不少老顾客纷纷在微信上问陈人泽什么时候可以再吃到蚵仔煎。“尽快尽快,只要钓牡蛎的渔民开工,我就复工。”陈人泽乐呵呵答道。(完)

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