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）
宁夏盐池：沙窝窝再响“创新经”******
【走进创新型县（市）】
最近，盐池成了宁夏的“明星县”——作为自治区唯一被科技部认定的全国首批创新型试点县（市），顺利通过验收。
“西北门户，关中要冲”，说的就是盐池。这里地处陕、甘、宁、蒙4省区交界处，曾是游牧与农耕文化的碰撞之地。兼容并蓄、敢为人先的创新精神，由此而生。
近年来，盐池县坚持实施创新驱动战略，着力推动新旧动能转换，以科技支撑民生改善为主线，让这一精神有了星火燎原之势。
在县委书记王海宁看来，他们的秘籍就是下好体系建设“先手棋”、亮出生态立县“绿色牌”、打造产业发展“新引擎”，有力推动县域经济稳中有进、进中趋优的同时，也让创新成果全民共享。
营造生态 激发创新活力
每到周末，盐池县奋林农畜交易中心的热闹总是最早划破黎明，周边养殖户都到这里交易滩羊。
谁也想不到，它的创办人、科技特派员强奋林曾经是个放羊娃。从只有3间羊棚的羊场到畜牧养殖和加工销售为一体的园区，强奋林生意越做越大，还在羊圈里搞起了“互联网+”。目前中心滩羊总交易额达2600万元，带动农民增收600余万元。
作为“中国滩羊之乡”，盐池县2021年滩羊饲养量达322.7万只，羊肉产量2.86万吨，规模化养殖比例70%，农民一半以上的收入来自于滩羊养殖。
“都说我胆子大、脑子活，我觉得跟全县整体氛围关系很大。”强奋林笑道。
激发创新活力，关键在于营造良好创新生态。
盐池县充分发挥创新引领发展的第一动力作用，研究出台《实施创新驱动战略推动工业经济高质量发展的意见》、连续8年修订“创新驱动28条”等政策，创新环境持续优化。
“在政府，我们是个‘特殊存在’。”盐池县科技局局长屈昊告诉科技日报记者。
他之所以这样说，是因为县四套班子分别成立了科技创新工作领导专班。扁平化的创新体系，让创新政策和机制“一竿子插到底”，有效推动了科技管理和地方特色基础研究及示范推广。
举一纲而万目张。在多元化科技创新投入体系的撬动下，盐池县财政研发经费投入保持30％的年增长率，累计发放“宁科贷”2480万元、贷款贴息300余万元，兑现企业创新驱动奖补资金2.6亿元，研究与试验发展（R＆D）经费投入增长率达30％以上。
三链融合 孕育发展伟力
要发展，更要高质量发展。盐池县紧盯创新主体不放松，推动各类创新要素向企业聚集。
2020年10月，宁夏深燃众源天然气有限公司放出一个“大卫星”——在国内首次实现BOG制取液氦产品示范运行，为解决国家战略氦资源短缺问题提供了有力借鉴。
“这是我们与中科院理化研究所、中科富海低温科技有限公司深入合作的硕果。”该公司副总经理常国宾表示。
东部的智慧，西部的激情，在这片土地上交织、升腾。
近年来，盐池县不断深化东西部科技合作机制，加强与中科院、上海交大等高校院所合作，研发推广一批支撑滩羊、黄花菜、化工能源等特色优势产业发展的新品种、新技术和新模式。最让当地人骄傲的滩羊产业，建起了全产业链现代农业体系，四登“国宴”餐桌。
如今，盐池县累计培育科技型企业89家，建成滩羊产业研究院等创新平台13个，合作实施科技项目45个，输出创新技术40项，技术合同成交1.56亿元。
这个山区小县深谙为创新“储值”的道理。
盐池县竭力打造引智育才“策源地”，已建立产学研科教示范基地10个，吸引30余名专家落脚或兼职；开展“百名专家基层服务行”工作，滩羊、牧草、生态建设、中药材4家自治区级专家团队扎根；累计选派科技特派员300余人，实施乡村振兴科技人才项目84个，培训农民3万余人次。
人才链和创新链、产业链相互融合，孕育出更加磅礴之力，在宁夏东部崛起一个创新高地。
改善民生 彰显科技魅力
科技为民、创新利民。亮出民生底色的地方，才有真的幸福。
在盐池县，科技创新不是一个个生硬的数字，县委政府将改善民生作为它的重要方向，融入了百姓生活的点点滴滴。
创新是推开窗就映入眼帘的那一抹绿。
曾经“风吹沙子跑，抬脚不见踪”的盐池县，通过集聚科研院所力量实施一批生态工程，到2021年底，全县森林覆盖率、草原综合植被盖度分别达到28.07%和58.45%，200多万亩严重沙化土地得到有效治理，100亩以上的明沙丘基本消除，成为毛乌素沙地治理全国样板。
创新是在家就能享优质医疗的那根线。
通过远程交流，花马池镇长城村村民陈晓露与县中医院专家确定了治疗方案，这种便捷的看病方式让她欣喜。近10年，盐池县85%以上的财力用于改善民生，县域就诊率达到95.8%，基层门诊率达到58.99%，实现了“检查在基层，诊断在县级”的目标，医改经验全国推广。
在这里，创新还是全区率先推进“互联网+教育”；是治安和交通领域实现全域覆盖、全网共享、全时可用、全程可控；是建立智慧扶贫综合管理服务平台，在全国创造金融扶贫“盐池模式”……
一件接着一件干，一届接着一届干，一张蓝图绘到底。盐池县每年实施的民生项目，从几十项增到了百余项。
截至2021年底，全县地区生产总值达到162.98亿元，工业总产值突破200亿元大关，人均GDP达到10.23万元，超过全国全区平均水平，光是国家级荣誉就捧回87项。
“为了增进民生福祉，科技创新、县域创新这条路，我们将坚定不移地走下去。”王海宁说。（本报记者 王迎霞）
