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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）

公共场所要对电子烟说“不”******

　　在不少禁止吸烟的公共场所，号称“低毒无害”的电子烟成了人们的新宠。半月谈记者调查发现，在许多城市，电子烟仍游走于公共场所禁烟管理的空白地带。多位受访专家表示，电子烟同样会产生“二手烟”，并以更加隐蔽的方式危害着人们的身体健康，需逐步加强管控，不让公共场所禁烟管理“留白”。

　　多地探索先行

　　在第五届中国国际进口博览会期间，国家会展中心(上海)出现了新的禁烟标识，志愿者们手持禁烟标识，对在会场中使用电子烟的人进行劝阻。10月28日，《上海市公共场所控制吸烟条例》修订实施，规定将电子烟纳入公共场所禁烟范围。

　　半月谈记者梳理发现，近年来，部分城市已通过立法等方式明确公共场所禁止使用电子烟。2019年1月1日，杭州出台相关政策文件，成为国内首个把电子烟纳入公共场所禁烟范畴的城市。随后，海南省及深圳市、张家口市等多地也推出升级版“禁烟令”，明确将电子烟纳入公共场所禁烟管理范围。

　　中国控烟协会副会长姜垣介绍，今年3月，国家烟草专卖局公布《电子烟管理办法》，随后国家市场监督管理总局(国家标准化管理委员会)发布电子烟国家标准。“今年以来，我国多个部门相继出台文件加强对电子烟的管理，为建立电子烟监管体系提供了重要技术支撑。”姜垣说。

　　从世界范围看，加强电子烟使用管理也正逐渐成为共识。世界卫生组织发布的2021年全球烟草流行情况报告显示，除了完全禁止电子烟的地区，全球79个国家和地区已经采取至少一项措施限制吸食电子烟，包括禁止在公共场所吸电子烟，禁止电子烟的广告和推广、要求在电子烟包装上标注健康警示等。

　　“我国一些地区已经在电子烟使用管理方面做出了探索，但目前除少数地区将电子烟纳入公共场所禁烟范围外，大部分地区并没有在法律层面规定在公共场所禁用电子烟。”姜垣认为，将电子烟纳入公共场所禁烟管理范围势在必行。

　　严管电子烟，必要性何在

　　一段时间以来，电子烟因其宣称的“帮助戒烟”“低毒无害”“无二手烟”等特点成了许多烟民的选择，又因多样的造型让追求新鲜事物的年轻人把使用电子烟当作“潮流”。有年轻人认为，电子烟不含焦油等有害物质，和传统烟草有很大区别，“没必要管这么严”。事实果真如此吗？

　　天津市疾病预防控制中心非传染病预防控制所行为干预科主任李威提醒，电子烟本质仍是“烟”，其中不但含有尼古丁等成瘾物质，还会和传统烟草一样产生含有有毒有害气体的二手烟，危害身体健康。

　　“电子烟产品虽然不含焦油，但尼古丁含量不少，并且为了将尼古丁溶解，在烟油中加入了丙二醇和甘油，加热后产生的甲醛、乙醛、丙烯醛等致癌物质，会对人体健康产生不可逆的伤害。”李威说。不仅如此，电子烟的二手烟中还包含传统烟草中没有的铅、铬、镍等重金属物质。电子烟的二手烟是水雾状的气溶胶，“水雾”散得更快，但有害物质不会消失，因此电子烟二手烟的危害隐蔽性更强。

　　更为严重的是，电子烟成了青少年吸烟的突破口。“相比较传统卷烟，电子烟的外形、味道更容易被年轻人接受。”北京市健康教育协会常务副会长刘秀荣说，一些年轻人本来对香烟不感兴趣，但在公共场所看到身边的同学、朋友使用电子烟，觉得“很酷”，就也加入了吸烟者的队伍。一些青少年通过吸电子烟成了新烟民，原本宣传帮助戒烟的电子烟反而扩大了吸烟者数量。

　　此外，公共场所禁止使用电子烟，也能进一步降低禁烟执法难度。一位基层监督管理人员表示，在查处一些公共场所吸烟行为时束缚较多，需要提前分辨对方使用的是电子烟还是传统烟草，执法难度较大。

　　不让禁烟效果打折扣

　　“控烟条例落地实施让公共场所二手烟暴露率有了明显下降，但值得注意的是，公共场所的电子烟使用率有所上升。”李威介绍，2021年天津公共场所和室内工作场所电子烟使用率较2020年均有明显提升。

　　“这在一定程度上让禁烟条例的实施效果打了折扣。”姜垣说，要让公共场所禁止使用电子烟的观念深入人心，推动立法是关键。《健康中国行动(2019—2030年)》指出，到2030年，15岁以上人群吸烟率低于20%；全面无烟法规保护的人口比例达到80%及以上。

　　“健康中国必须是无烟中国。”姜垣建议，各地要对控烟条例进行细化修改，通过立法等方式将电子烟纳入管理范围，逐步在全国范围内实现室内公共场所、室内工作场所和公共交通工具全面禁烟。

　　“立法先行能有效引导公众舆论。”南开大学周恩来政府管理学院副教授周望说，目前在电子烟使用方面公众认知仍存争论，导致各地在推动电子烟管控方面的步调不一致，“立法能有效解决这一问题”。

　　刘秀荣认为，今年5月，《电子烟管理办法》正式实施，向未成年人出售电子烟产品的问题得到了有效遏制，将电子烟纳入公共场所禁烟范围，能进一步降低电子烟对青少年群体产生的危害。“相关法律法规需尽快出台，尽可能降低电子烟对青少年的影响，把青少年的第一口烟掐灭。”刘秀荣说。

　　(半月谈网 半月谈记者：尹思源 郭方达)

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）