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来源：彩云网APP2024-08-05 17:48

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）

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【中国这十年·焦点面对面】共筑全球新“气候”，中国从未缺席******

　　中新社北京10月14日电题：共筑全球新“气候”，中国从未缺席

　　——专访国家气候变化专家委员会副主任、中国科学院科技战略咨询研究院研究员王毅

　　中新社记者李金磊彭大伟

　　“要么一同采取行动，要么一起自杀。”今年夏季，面对极端天气频发，联合国秘书长古特雷斯发出警告。

　　洪水、干旱、极端风暴和野火，异常的气候变化让人类面临严峻考验，全球气候治理面临巨大的威胁和挑战。

资料图：拉马乡鲁南山风电场。李益民摄

　　“人类燃烧化石能源排放的温室气体产生温室效应，导致全球温度上升，升温又带来了地球表面各个圈层的一些变化，比如冰川融化、海平面上升、极端天气气候事件发生的频率和强度增加并产生相关的粮食生产、能源安全等风险。”国家气候变化专家委员会副主任、中国科学院科技战略咨询研究院研究员王毅日前在接受中新社“中国焦点面对面”专访时说。

　　“我们必须要加速采取行动来拯救人类自身。”王毅表示，从《联合国气候变化框架公约》到《京都议定书》，再到《巴黎协定》以及去年通过的《格拉斯哥气候协议》，人类必须要采取统一的行动来共同应对气候变化，减少温室气体排放。

　　在应对气候变化、推动全球气候治理过程中，中国根据自身的能力不断更新、提升目标，从“十一五”时期提出节能减排约束性指标，到“十二五”时期提出“国家自主贡献”，再到2020年提出“双碳”(碳达峰与碳中和)承诺，有力推动了全球应对气候变化的进程。

　　十年来，中国“逐绿而行”，坚定不移走生态优先、绿色低碳发展道路，取得显著成效，一个“只此青绿”的中国展现在世界面前。

　　这十年，中国稳步推进能源结构调整，风电、光伏装机量、发电量均居世界第一，新能源汽车产销量居全球之首。

　　中国严格控制二氧化碳排放，2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年降低48.4%，同时建立了全国碳市场机制，成为全球覆盖温室气体排放量最大的碳市场。

　　同时，中国不断提高生态系统碳汇能力，是世界森林密度增长最多和人工造林面积最大的国家，全国增绿面积占全球四分之一。

　　“过去十年，中国以年均3%的能源消费增速支撑了年均6.6%的经济增长率，发展中国家的经济增长与能源增长并未脱钩，但是中国以更少的能源支撑了经济增长。”王毅表示，一方面控制化石能源的消费，另一方面转变能源结构，中国在一些重要的产业特别是可再生能源设备、动力电池制造等领域具有明显优势，在全球碳减排上发挥了重要作用。

　　当前，全球气候治理正受到全球疫情、经济低迷、能源和粮食危机、地缘竞争，以及一些国家气候政策“回摆”等多重挑战。

　　王毅认为，发达国家应加速自己的行动，同时也要资助发展中国家并为其留出更大的发展空间，而不是“忽悠”发展中国家作出不切实际的减排承诺。在复苏和应对过程中，要找到一条推进高质量公正转型的路线，以更加节能和可持续的非化石能源的增长来减少二氧化碳排放，同时提高适应能力，来弥补在减缓、适应、技术、资金、领导力等方面的赤字，共同推进全球应对气候变化。(完)

国家气候变化专家委员会副主任、中国科学院科技战略咨询研究院研究员王毅(右)日前在北京接受中新社“中国焦点面对面”专访。中新社记者蒋启明摄

　　访谈实录摘编如下：

　　中新社记者：世界气象组织近期发布《团结在科学之中》报告。报告警告称：人类正朝着错误的方向前进。如果不采取更加雄心勃勃的行动，气候变化的自然和社会经济影响将越来越具破坏性。为什么全球极端天气频发？人类应对气候变化面临着哪些挑战？

　　王毅：世界气象组织的报告揭示了人类的行动跟目标之间相距甚远，特别是要实现升温在1.5℃之内，现在的行动是远远不够的，甚至说要增加七倍的努力，这是一个巨大的差距。

　　气候变化首先是一个科学问题，人类燃烧化石能源排放温室气体所产生的温室效应，导致全球温度上升，升温又带来了地球表面各个圈层的一些变化，比如冰川融化、海平面上升、极端天气气候事件发生的频率和强度增加，并产生相关的粮食生产、能源安全等风险，严重影响人类的生存与发展，所以我们必须要加速采取行动来拯救人类自身。

　　从《联合国气候变化框架公约》到《京都议定书》，再到《巴黎协定》以及去年通过的《格拉斯哥气候协议》，人类必须要采取统一的行动来共同应对气候变化，以减少燃烧化石能源造成的温室气体排放。

　　应对气候变化主要有两方面工作，一方面是减缓，就是要减少化石能源的消耗或者依赖，同时要增加生态系统碳汇，开发和利用碳捕获与封存(CCS)技术。另外一方面是适应，地球的地表温度还在上升，我们要适应这种变化，同样也要采取更多行动来做这项工作。

江苏常州“渔光互补”光伏发电，实现经济效益和生态效益双丰收。泱波摄

　　中新社记者：中国为推动全球气候治理做出了哪些贡献？

　　王毅：在国际层面，中国推动气候多边进程，并促进一系列国际气候规则的达成。在国内层面，中国在“十一五”时期提出节能减排约束性指标，“十二五”时期提出中国的“国家自主贡献”，2020年提出“双碳”承诺，都有力推动了全球应对气候变化的进程。中国根据自身的能力，不断在更新、提升目标，一步一步往前推进，做出积极而具有引领性的贡献。

　　中国现在已经是最大的发展中国家，也是世界第二大经济体，一方面需要与各国合作采取行动，同时也在帮助其他发展中国家应对气候变化以及实现可持续发展目标。

　　过去十年，中国以年均3%的能源消费增速支撑了年均6.6%的经济增长率，实际上发展中国家的经济增长与能源增长并没有脱钩，但是中国以更少的能源消耗来支撑经济增长。

　　同时，可再生能源发展非常迅速，我国可再生能源发电累计装机已经接近11亿千瓦，已占全部电力装机的44.8%，2021年可再生能源发电量将近2.5万亿千瓦时，相当于总发电量的约30%。一方面控制化石能源的消费，另一方面转变能源结构，更多去依靠可再生能源和新能源，减少由于能源的增长所带来的温室气体排放。中国在一些重要的产业上特别是可再生能源设备、动力电池制造等领域具有明显优势，在全球碳减排中发挥了重要作用。

国家气候变化专家委员会副主任、中国科学院科技战略咨询研究院研究员王毅日前在北京接受中新社“中国焦点面对面”专访。中新社记者蒋启明摄

　　中新社记者：中国驻欧盟使团临时代办王红坚近日表示，绿色合作不可能在真空中推进，不可能一面搞地缘对抗，一面要求别人无条件合作。该如何破解这种困境？

　　王毅：应对气候变化是一个系统工程，涉及到整个经济社会系统性变革。在地缘政治竞争加剧下，零和博弈的做法是不可取的，应对气候变化合作仍然是基础。

　　发达国家首先要提高自己的力度，也要资助发展中国家并为其留出更大的发展空间，而不是“忽悠”发展中国家(作出不切实际的减排承诺)。各国要以更加节能和可持续的非化石能源的增长来减少二氧化碳排放，同时提高适应能力，弥补在减缓、适应、技术、资金、领导力等方面的赤字，共同推进全球应对气候变化，把安全、气候保护、经济复苏和增长统筹起来，这很重要。

　　乌克兰危机、新冠疫情以及通货膨胀等很多非气候因素跟气候问题交织在一起，怎么更好去统筹处理这些问题，也需要我们做更多的研究，采取更加务实的行动。

　　同时，竞争也是不可避免的，特别是在技术领域，要通过竞争来促进创新，通过竞争来降低成本，但合作是主流，所以应该把握合作的各种机会，同时也要为竞争做好准备。

　　中新社记者：气候变化是超越国家、超越意识形态的全球性挑战，但是近年来，个别国家在国际合作中表现出气候单边主义倾向，对国际气候条约合则用、不合则弃，给全球气候治理合作带来严重阻碍。该如何克服气候单边主义倾向，促进开展务实的合作和行动？

　　王毅：气候单边主义有两种倾向，一是不合作，不承认气候变化的事实，就像美国特朗普政府退出了《巴黎协定》，采取了不合作的态度，影响了全球合作和应对气候变化多边进程。

　　二是不尊重现在的多边规则。很多发达国家只是单纯要其他国家提高目标，要更有雄心，更有力度，但是忽视了这些国家的转型路径和替代方案。

　　中国同意不断减少化石能源消费、更多利用可再生能源，但是需要一个公正、安全、平稳的转型。这一年来，欧洲经历了乌克兰危机，也经历了能源紧张，说明我们仍然需要一个更科学合理的路径、更明确的替代方案来实现目标。

　　我们要防止单边主义，走多边主义的基本路径，需要加强交流和沟通，必须要促进双边、多边的交流合作来增信释疑。

　　中国一定要坚定方向，保持力度和节奏，同时要通过国际传播来讲好中国故事，跟其他国家分享“双碳”的实践、经验、技术，帮助其他发展中国家实现绿色低碳转型和可持续发展。

白鹤滩水电站。东方电气供图

　　中新社记者：“共同但有区别的责任”原则是维护全球气候治理公平正义的基石。但是当前一些发达国家却通过建立“碳边境调节机制(CBAM，俗称碳关税)”等方式向发展中国家转移排放责任、转嫁减排成本，试图无形中消解这一基石。如何看待这种现象？

　　王毅：对此要有全面的认识，欧盟拟单边采取的“碳边境调节机制”不符合“共同但有区别的责任”原则，同时是否破坏现有的一些多边规则也需要关注。例如，欧盟国家声称CBAM没有破坏WTO规则，但是WTO关注的是自由贸易和投资便利化，相关环境条款的规定不清晰，对有关环境产品的认定一直没有实质进展，也未达成环境产品减税的协议，导致一些国家借此设立各种“绿色贸易壁垒”。所以，欧盟国家的做法存疑。

　　在乌克兰危机和通货膨胀背景下，能源价格高涨，“碳边境调节机制”的很多政策环境也发生了很大变化，需要我们综合研判和应对，但最核心的就是加速转型。

　　中国在可再生能源设备制造、动力电池及电动汽车方面有很多优势，只要坚持方向，实现系统性的变革，把整个产业结构、能源结构、生产生活方式、贸易方式向绿色低碳转变，比别人转得更快，就有望化解相关的政策挑战。

　　中新社记者：《联合国气候变化框架公约》第27次缔约方大会(COP27)即将在埃及举行。当前全球气候治理正受到全球疫情、经济低迷、能源和粮食危机，以及一些国家气候政策“回摆”等多重挑战，中方如何保持定力，推动气候多边进程持续取得进展？

　　王毅：中国气候变化事务特使解振华多次表示，COP27首先应该是一个落实和行动的大会。

　　要把《巴黎协定》《格拉斯哥气候协议》的各项规定落实下来，但现在有一些重要的缺口，比如说适应问题、资金问题，发达国家提出的到2020年到达1000亿美元资金的支持仍未落实。

　　雄心目标同务实行动必须要保持平衡。在乌克兰危机、通货膨胀影响能源和粮食安全的形势下，一些国家气候政策短期“回摆”可以理解，但在恢复的过程中必须要考虑构建未来净零排放或碳中和的新格局。

　　各国一方面要更好去应对现有的一些短期问题，同时在复苏和应对挑战过程中找到一条公正转型的路径。大家要一起努力，才可能弥补差距并且减少可能出现的风险和危机。各国一起把步子走稳走实走好了，才能共同迈向低碳可持续的未来。

　　（文图：赵筱尘巫邓炎）

[责编：天天中]

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