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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）

讲究实用的墨子（子曰诗云）******

　　墨家巨子田鸠去拜会楚王。楚王问他：“墨子是赫赫有名的学者。他的亲身实践还算可以，可为什么他讲的话虽然很多，却不动听呢？”

　　田鸠先讲了两个故事。一个是说，秦王把女儿嫁给晋国公子，陪嫁的媵妾有70人，衣着都很华丽。到了晋国，晋国人反而喜欢陪嫁的妾，而看不上秦王的女儿。

　　再一个故事很有名，买椟还珠，说有个楚国人到郑国去卖宝珠。他用名贵的木兰香木做了一个精美的匣子，用香料熏烤，用珠玉点缀，用玫瑰装饰，用翡翠衬托。结果郑国人只买了他的匣子，却退还了宝珠。

　　田鸠得出结论：当今世人的言谈，说的尽是些华丽动听的辞令。君主往往只欣赏言辞的华美，却忽视了它的实用价值。墨子的学说传授先王治国的办法，阐述圣人的言论并宣告于天下人。假如只想使言辞动听，那恐怕人们就会只追求言辞华美而忽视它的实用价值，因为言辞而损害了实用。所以墨子讲的话虽然很多，但是不动听。

　　上述对话见于《韩非子》，说明当时学者对于墨家学说“多而不辩”的特点很清楚。这与我们阅读《墨子》时的感觉一致。与诸子文章相比，《墨子》可能无《论语》的简约，无《孟子》的雄辩，无《荀子》的精细，无《庄子》的奇诡，这与墨子、墨家学说重实利的特点有关。

　　墨家祖师墨子，一般认为是春秋战国之际的鲁国人，工匠出身。儒道墨法，先秦最重要的四家学派，孔子、老子、韩非子在《史记》中都有自己的传记，唯独墨子，司马迁只在《孟子荀卿列传》里附带提了这么短短一句：“墨翟是宋国的大臣，在军事上擅长守卫，在思想上主张俭朴节约。有人说他和孔子是同时代人，也有人说他比孔子晚。”

　　这说明早在汉初之际，墨家就已衰落到乏人问津的田地了，接下来又沉默了几乎2000年，一直到清末民国时期，才被重新发现。当时一批著名学者整理注解《墨子》，诠释发扬墨学，让墨子重新回到人们视野中来。

　　于是，今天我们得以看到，墨子以一介平民的身份，保持着席不暇暖的勤奋状态，终日奔走在制止战争、劝说兼爱的路上，具有一种摩顶放踵的牺牲精神。因此，他开创的墨家，被认为是中国传统文化中最具有救世情怀的学派。其观点集中在《墨子》一书中。

　　《墨子》成书于战国时期，今存53篇，内容驳杂，按照胡适、梁启超等学者的观点，大概可以分成5组。

　　第一组《亲士》《修身》《所染》《法仪》《七患》《辞过》《三辩》这7篇，都是后人伪造的。前3篇全无墨家口气，颇有道家儒家言论。后4篇是根据墨家余论而作，可以看做墨学概要，梁启超认为应当先读。

　　第二组包括《尚贤》《尚同》《兼爱》《非攻》《节用》《节葬》《天志》《明鬼》《非乐》《非命》《非儒》等24篇，多“子墨子曰”的字样，应该是弟子记录、推演墨子学说的文本，也有后人加入的内容。

　　这些篇章每个主题都分上中下3篇，文义大同小异，为何如此？民国学者陈柱做了一番复盘：“余意墨子随地演说，弟子各有记录，言有时而详略，记有时而繁简，是以各有三篇。当时演说，或不止三次，所记亦不止三篇。然古人以三为成数，……故编辑《墨子》书者，仅存三篇，以备参考，其或以此乎？”很有道理，但细读文本可以发现每个主题的上篇往往比中下篇的逻辑更严密、论说更到位，有学者推测上篇的形成比中下篇要晚，因此更加成熟一些。编辑者把最好的文本置于最前，说明深谙传播之道。

　　第三组《经》《经说》《大取》《小取》等6篇，既不是墨子的书，也不是墨者记墨子学说之书，而是与惠施、公孙龙等名家学说十分接近。惠施、公孙龙的学说，差不多全保存在这6篇之内。

　　第四组包括《耕柱》《贵义》《公孟》《鲁问》《公输》5篇，是墨家后人将墨子言行编辑而成，类似《论语》。其中很多材料比第二组还重要。

　　第五组从《备城门》到《杂守》11篇，所记皆墨家守城之法，在《汉书·艺文志》的分类中属于“兵技巧”，也夹杂着一些阴阳学说。

　　总之，集中体现墨子思想的，是第二和第四组文章。清代学者孙诒让说，读墨子，从《尚贤》到《非命》就够了。从中可以看出，墨家是儒家最早的反对派和论敌。儒家说爱有差等，墨子就说要兼爱；儒者讲究厚葬，墨子提倡薄葬；孔子推崇音乐，墨子就说非乐；儒学远鬼知命，墨子明鬼非命……可以说，凡是儒家支持的，墨家就反对；凡是儒家反对的，墨家就支持。因此，读完《论语》看《墨子》，就像去完极地去赤道，冰火两重天。

　　值得一提的是，第三组和第五组文章，在逻辑学、光学、物理学、兵法等诸多方面对中国古代科技有卓越贡献。李约瑟就曾据此称赞“墨家的科学成就超过整个古希腊”。是不是过誉暂且不论，极力肯定的背后说明墨家在这方面确实有两把刷子。（熊 建）

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）