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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）

粤港澳全运会竞赛规程出炉******

　　广州日报全媒体记者 白志标

　　2025年，第十五届全国运动会(十五运)将由广东省、香港特别行政区和澳门特别行政区共同举办。这是党的二十大后国内首个大型综合运动会，是全运会第一次来到香港和澳门两个特别行政区。日前，国家体育总局竞体司发布第十五届全运会竞赛规程总则，共设置34个大项，即33个奥运项目和1个武术项目。

　　项目设置对标奥运会

　　根据此次发布的十五运竞赛规程总则，在竞赛项目设置上对标了2024年巴黎奥运会，33个奥运项目中除了过去奥运会常设的体操、射击、游泳、赛艇、皮划艇、乒乓球、羽毛球、马术等项目外，还设有巴黎奥运会新增的霹雳舞、滑板、攀岩等新兴项目。而且，在竞赛项目设置中还特别说明，国家体育总局将根据2028年洛杉矶奥运会设项情况完善第十五届全国运动会竞赛项目。

　　作为国内规模最大、竞技水平最高的运动会，全运会从最初融合奥运和非奥项目的“全国体育大会”，逐渐过渡到设项对标奥运选拔竞技人才的重要平台。不过，过去两届全运会为了带动更多普通人群关注和参与体育运动，增设了大量的群体比赛项目，让全运会又返回到全国体育大会模式。

　　西安体育学院教授罗普磷表示，十五运竞赛项目设置和竞赛规程总则说明，全运会重新回到举办全运会的宗旨“就是服务我们国家的奥运战略，提升我国竞技体育综合实力和为国争光能力”。

　　新体能测试成为常态

　　在此次公布的十五运竞赛总规程竞赛办法中，明确强调报名运动员在全运会各项目资格赛前需进行体能测试。众所周知，体育总局2020年颁布各项目统一的体能测试，并且视为参加全国赛事和奥运会的门槛，其不同运动项目却采取相同体能测试标准的“一刀切”做法备受争议，甚至出现众多知名运动员无法参加全锦赛的情况，就连亚洲跑得最快的苏炳添都难以获得参赛资格。幸好各项目协会对体能测试进行了灵活应对，根据项目特点在体能测试时有所选择。

　　然而，在网友提问关于体能测试是否继续执行时，体育总局官网给出明确的答复：狠抓体能、恶补短板是东京奥运会备赛的成功经验，通过强化基础体能训练提高竞技水平、增强实战能力、磨炼意志品质、锻造优良作风、预防伤病和促进疲劳恢复等理念已得到各有关项目国家队和省市运动队的认可，正成为一种共识在队伍训练予以贯彻落实；体育总局将一以贯之持续重视并抓好体能训练工作，推动建立体能训练制度化、长效化、科学化工作机制。

　　因此，进入新的奥运周期，体能测试将依然成为各个运动项目的基础内容，新任的国家体育总局局长高志丹在去年年终的全国体育局长会议上也提出：坚持不懈抓体能，抓好抓实两个冬训。

　　当然，现在不会再执行此前的所有项目统一测试标准，而是根据项目特点设置各自的体能标准。因此，此次粤港澳全运会关于资格赛前进行体能测试的说明中也强调，合理设置体能测试内容、标准和方式，达标者方可参赛。

　　据罗普磷透露，国家体育总局在体能训练方面将规范各项目体能测试标准，定期组织体能测试评估，强化体能训练的监督指导；建立体能测试数据库，不断丰富和完善各项目基础体能、专项体能和冠军体能标准；完善制度措施，将体能水平与入队标准、选拔资格、参赛准入、奖励制度挂钩，推动体能训练持续强化深入。

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）