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来源:快三平台返点2024-10-17 17:48

  

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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)

春节留守海外的“90后”小伙宋默奇:“我在这里讲述扬州故事”******

  中新网南京1月18日电 (徐珊珊)“我经常用美食来拉进和朋友间的距离。在中餐厅吃饭时,时常会有扬州炒饭,我会向他们介绍,这是我家乡扬州的美食,并告诉他们要怎么制作才能更香,比如要放三次葱花这些小细节,大家都非常感兴趣。”18日,通过视频连线,谈起在海外留学和工作的经历时,28岁的扬州小伙宋默奇如是说。

  作为一名留美近十年的华侨小伙,宋默奇对动画制作十分痴迷。他大学就读于中国传媒大学南广学院动画与数字艺术学院,2016年夏季被旧金山艺术大学录取,攻读动画和视觉效果专业,获得创新硕士学位。目前,宋默奇在MPC电影公司任职,负责电影前期和中期制作,先后参与了多部热播电影的中期制作。

宋默奇与大学教授相互切磋围棋技艺。 受访者供图宋默奇与大学教授相互切磋围棋技艺。 受访者供图

  对于大部分人来说,这是一份极具挑战性的工作。宋默奇表示:“在工作中,我们会遇到一些看上去很难的部分,这时就要迎难而上,不要有畏难情绪。”

  为了一个一秒的镜头或一个特效动作,宋默奇经常聚精会神地制作到深夜,有时一做就是一个星期甚至更长时间。他说,三维动画的电脑制作学起来并不是很难,但要求学习者或从业人员有耐心、细心和想象力。

  随着“国风”逐渐风靡海外,越来越多的电影运用和呈现中华传统文化相关内容。宋默奇介绍,《花木兰》《功夫熊猫》等动画电影都融入了中国的叙事风格,国风音乐、国风场景等都很受欢迎。

国际友人邀请宋默奇一起包饺子。 受访者供图国际友人邀请宋默奇一起包饺子。 受访者供图

  动画电影如何能更好地传播中华传统文化?宋默奇认为,中国历史悠久,有着光辉灿烂的文化,中国的世界非遗项目,比如雕版印刷技艺、书法、剪纸等,这都是可以通过动画电影来表达和展现的珍贵素材,来助推中国文化“走出去”。

  在日常生活中,宋默奇经常会遇到喜欢中国文化的国际友人,宋默奇会和他们分享扬州“早上皮包水,下午水包皮”的生活节奏,以及雕版印刷技艺、扬州漆器、扬州玉器、广陵琴派等非遗文化知识。宋默奇表示:“正是这样的慢节奏生活,扬州市曾被评为‘联合国人居奖’。他们听完后非常开心,纷纷表示要去扬州旅游,对此我也是十分自豪。”

  如今,回忆起刚到美国留学的时光,宋默奇依旧感慨万分。他告诉记者,自己在适应国外生活的过程中,得到很多华侨华人的帮助,比如来自南京的八十岁华人Shirly,在其租房方面给与了很多照顾。Shirly的房子只租给中国留学生,逢年过节,Shirly会给留学生们送上礼物和美食,“我的手被烫伤了,她会及时送来烫伤膏,我也向她赠送了家乡扬州的漆器”。

工作团队合影。 受访者供图工作团队合影。 受访者供图

  宋默奇已经春节留守海外三年了。癸卯兔年在即,他选择继续留守美国,与家人、朋友“云上”过年、线上团圆,共度新春佳节。

  “自己虽饱含思乡之情,但由于工作原因不能回国过年,遗憾之余也想到‘有舍必有得’,希望能与家乡共同进步,用好的作品来回报家人一直以来对我的支持和关心。‘路虽远,行则将至;事虽难,做则必成’。怀着对未来的希望,我们一直在路上。”宋默奇说。(完)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                •   (文图:赵筱尘 巫邓炎)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                  [责编:天天中]
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  阅读剩余全文(

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