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来源:天天彩票2023-04-20 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)

二十大代表风采丨“玫瑰姐姐”的玫瑰人生:让川西高原绽放“致富花”******

  中新网成都10月7日电 题:“玫瑰姐姐”的玫瑰人生:让川西高原绽放“致富花”

  作者 单鹏 安源

  一片片香气浓郁、外形饱满的玫瑰鲜花片进入流水线,经过投料、提取、回流、接取纯露等工艺流程,淡黄色的玫瑰精油从大马士革玫瑰中提炼出来,9月中下旬,四川省阿坝州小金县的大马士革玫瑰进入采摘尾声。“每当玫瑰花开时,村民们满脸都是丰收的喜悦和灿烂的笑容,看到他们幸福,我就很快乐。”“玫瑰姐姐”陈望慧表示。

陈望慧参加中国共产党四川省第十二次代表大会。安源 摄陈望慧参加中国共产党四川省第十二次代表大会。安源 摄

  陈望慧是中国共产党第二十次全国代表大会代表、小金县达维镇冒水村党支部书记。曾有人说,“小金玫瑰”从无到有,经历了很多坎坷,玫瑰姐姐用“疯子”的想法、“傻子”的做法,成就了“小金玫瑰”产业,用一朵玫瑰花致富了千万家。

  作为四川涉藏地区特色产业扶贫的样本,近十年来,“小金玫瑰”蹚出一条“致富路”:“世界高原玫瑰之乡”小金全县种植玫瑰1.5万亩,覆盖了13个乡镇、46个村,辐射带动3200多户2万余人增收。

陈望慧查看玫瑰生长情况。 受访者 供图陈望慧查看玫瑰生长情况。受访者供图

  2011年,在外经营餐饮生意的陈望慧被选为冒水村村主任。冒水村坐落在当年中央红军长征中翻越的第一座大雪山夹金山脚下,这里土地贫瘠、野猪肆虐,是典型的贫困村。

  谈起小金县最初为何选择发展玫瑰产业,陈望慧笑言小金的玫瑰产业是“被野猪啃出来的”。2011年,陈望慧在高半山查看被野猪破坏的庄稼时,意外发现地边几株玫瑰含苞待放。因为花茎带刺,野猪无法啃食。这一发现让她萌生了种植玫瑰花的念头。在先后前往7个省考察学习玫瑰品种和种植效益后,2012年,陈望慧在冒水村成立玫瑰种植专业合作社。

  在村干部和党员带头试种下,60多亩玫瑰花开得很好。后来这批玫瑰花运到甘肃兰州苦水镇加工,提炼出的玫瑰精油得到同行和专家的一致认可,他们认为小金县种植环境绿色生态,而且玫瑰花期长、含油量高、香气纯正。这让陈望慧更加坚定发展玫瑰产业的想法。

  “小金玫瑰”的发展并非一路坦途,其今天蒸蒸日上的场景背后,是老百姓从“不愿种”向“自愿种”的转变。玫瑰花虽然每年都种,但有的老百姓将信将疑,打心眼里不认为玫瑰花能代替庄稼,花田管理并不用心;再加上玫瑰品种不够优质,早先“小金玫瑰”成活率很低。陈望慧只好提高价格收购鲜花,让老百姓得到实惠,同时更新品种,改种产量和品质更优的大马士革玫瑰。

陈望慧(左三)在工作中。 受访者 供图陈望慧(左三)在工作中。受访者供图

  渐有起色后,陈望慧加大投入,在村里建起玫瑰加工厂,引进生产线进行玫瑰精油、纯露、花茶、酱、鲜花饼的加工生产,采用“支部+合作社+公司+党员+农户+基地”发展模式。该模式不需要流转农户土地,老百姓在自己土地上多劳多得。随着“小金玫瑰”的名声在外打响,玫瑰不愁销路,老百姓脸上也露出灿烂笑容,“死心塌地”地跟着陈望慧种植玫瑰。

  “以前一个村100多户人家,只有三四家是‘万元户’。种植玫瑰后,几乎家家户户的收入发生了翻天覆地的变化。”陈望慧说,除了显著的收入增长,玫瑰还促进民众思想观念转变,“现在大家对生活充满激情与自信,也越来越团结,期盼着共同富裕。”

  疫情发生后,“小金玫瑰”出口保加利亚、新西兰、韩国等国家的海外订单被大量取消。面对市场压力,此前只负责玫瑰种植和加工的陈望慧主动投身销售前线,背上玫瑰精油化妆品来到广州开辟新市场,建立新销售渠道。“产业发展不遇到困难几乎是不可能的,但办法总比困难多。疫情平稳后,市场会逐渐回暖,我对此很有信心。”陈望慧表示。

  随着乡村振兴战略的深入推进,陈望慧心中还有一幅更大的蓝图:将玫瑰产业与乡村振兴衔接起来,在一产、二产基础上发展融合高原玫瑰与红色文化的文旅产业。“种植玫瑰后,每个村有每个村的风景。”陈望慧称,冒水村正在更新基础设施,不少村民也抓紧装修房屋和庭院,为吸引游客“蓄力”,“未来乡村会发展得越来越好。”(完)

  (文图:赵筱尘 巫邓炎)

[责编:天天中]
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