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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）

元正启新话“岁朝”******

　　赵文成

　　“元正启令节，嘉庆肇自兹。”这是晋代诗人辛萧咏年的诗句。元正亦称“元旦”，是每年的第一天。一年节令时序开启，美好喜庆的日子从这一天开始到来。因之，普天同庆，天下齐欢。

　　元正，又称一岁之朝。人们为了庆贺这个岁首之朝，往往或歌以诗，或绘以画等，采取多样的形式表现出对新年的期盼与欢愉。“岁朝图”应运而生。《汉书•孔光传》云：“岁之朝，曰三朝”。颜师古注：“年之朝，月之朝，日之朝，故曰三朝。”从我国魏晋南北朝时期，春节便被称为“岁朝”。“岁朝图”(或称“岁时清供图”)或已产生。它通常以静物为素材，配以贺岁的诗词，通过画中物品名称的谐音、民俗寓意或历史掌故，以祈求新年好运，春意盎然，让奔劳一年的人们，感到亲切温暖、欢慰欣悦。

　　据有关文献载，“岁朝图”始于唐代，至两宋，在宫廷中正式兴起。历史上著名的艺术家皇帝宋徽宗赵佶，每逢春节将临，便命画院的丹青妙手描绘冬季不能见到的花卉禽鸟，陈列在宫中以增添岁朝的喜庆气氛。真正意义上的第一幅“岁朝图”应是北宋赵昌所作的《岁朝图》，该图现藏于台北故宫博物院。统而观之，此图画面巨大，花团锦簇，铺天盖地、不留边隙地铺排，使之显得典丽浓郁，灿若云锦。适逢花开，恰瞻新岁，细审此图，画心一座空灵通透的湖石，右傍一石亭亭如笋，四周或以雅洁的梅花、红艳的山茶、清雅的水仙和美艳的长春花为素材，以朱砂、白粉、胭脂、石绿为基调，广施铺陈，巧饰取舍，从而使此图繁而不乱，色彩和谐美艳。这种铺排有序的安排，让画面展现出如蛰伏在四九寒天里的勃勃生机，透露着春天的讯息。这种意境富于清逸之诗趣，醇厚而有余韵，正是这幅画作流传千载而令人回味的审美所在。

　　画家赵昌以擅绘闻名，他长于写生，擅画花果，多作折枝花、兼工草虫，注重对景写生。宋人范镇《东斋记事》：赵昌“每晨露下时，绕栏槛谛玩，手中调色彩写之”。又自号“写生赵昌”。

　　由此可见，从宋元始“岁朝图”就已是岁末年初文人雅士应景的题材，从宫廷到民间莫不如此。其后，诸如明宪宗朱见深的《岁朝佳兆图》以及民间或以“钟道迎福”“百(柏)事(柿)如意”之类为题材的吉祥寓意图等，无不如此。同朝传诸后世的还有仇英的《岁朝图》。陈洪绶的《清供图》瓶中插梅，花绽新蕊，玉兰轻舒，素雅中带着清冷，虽佐以山茶吐丹，仍是“几点寒英，用尽东风力”，给人以新岁明艳清新之感。其后的任伯年、蒋廷锡、吴昌硕等无不喜作《岁朝图》。

　　在民间，“岁朝图”同样以年画的形式出现在百姓的新年庆典中。最具代表性的是清代乾隆年间以苏州桃花坞画家蔡卫源绘制的《岁朝图》为粉本，木版刻印的“姑苏版”年画《岁朝图》。这是一幅承前启后、能够反映清朝中期画院画风的年画作品之一，描绘的是一处高门大第的庭院，亭台、楼阁、水榭以及新年清晨人们欢娱的活动场景；远景是披雪的山脉，近景是爆竹点火的孩童与折梅的仕女。全图是以西湖孤山附近的行宫为背景而创作的。关于画家蔡卫源，传不详，仅在该作品中记有其名。此画在构图上受到南宋和明代院体画的影响，画面中树石、仕女、童子吸取了宋元以来花鸟人物的传统；同时，又受到西洋“泰西画法”的影响，采用了焦点透视和固有的中国散点透视相结合来表现建筑，其比例大体相称，层次丰富，纵深感强。这两种表现形式结合起来，既典雅工细，又不拘泥于传统的视角。画面上的诗文题跋，写出了春节的热闹祥和：“梅雪争春斗渐开，炮声催转岁朝来。红炉围座麟儿嬉，老翁携杖步琼台。”

　　醇厚的节令民俗审美，令人心驰神往。“岁朝图”的题材，正是元正节令的一种审美注脚。从“岁朝图”的绘画题材看，大概可以分为三类：一为花鸟奇石，一为人物图绘，另有岁时年景。其花鸟奇石类，常以瓶花为核心，点缀些许器物、仙花、瑞草、嘉果、奇石、文字吉语、古砖文玩等。这些花草果蔬，无不有着吉祥如意的含义。梅花象征着报喜，牡丹寓意富贵，瓶中荔枝意味着平安吉利，祥和欢喜。人物图绘类则是借助于神祇，悬挂钟馗、祖先等，祈祀驱邪降福。岁时年景类则主要描绘人们新年的欢乐场景。

　　关于“岁朝图”岁首之庆，今人汪曾祺曾有评说。他在一篇散文中写道：“曾见一幅旧画：一间茅屋，一个老者手捧一个瓦罐，内插梅花一枝，正要放到桌案，画上题曰：‘山家除夕无它事，插了梅花便过年。’这才是真正的‘岁朝清供’。”

　　画作的背后，体现的是中国人独特的审美品位。唯有尊重自然，顺应规律，回归质朴，才能撷取大自然最美的春意。岁朝清供，其灵魂就在一个“清”字。

　　传统的节日风俗，包含着人们对生命的自我关爱，为生命的延续赋予了诸多新意。闲话“岁朝清供”，为历史存照，为文化拂尘，为中华传统文化扬辉，无疑是一件令人心旷神怡之乐事，我们身在其中，乐其乐哉！

　　(作者系中国艺术研究院副研究员)

　　(《人民日报海外版 》2023年01月19日   第 12 版) 

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）