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)
元旦假期消费市场盘点:人气渐旺,暖意渐浓******
餐饮:烟火气回归,线上线下“双主场”发力
这个元旦假期,许多餐饮从业者找回了久违的忙碌。
位于山东济南大观园景区的城南往事客流量猛增。“1号晚上11个房间全满,等餐区也坐得满满当当,一直到晚上10点半还没忙活完。”店长王一举告诉记者,目前年夜饭的包间也已经全部订满。
1月2日晚,人们在山东省济南市芙蓉街游览、品尝小吃。新华社记者 徐速绘 摄
随着近期一系列防疫政策优化调整,餐饮市场加快复苏。美团数据显示,元旦假期前两日,全国堂食线上交易额较前一周同期增长超1倍。其中,江苏、浙江等地相关交易额增长超230%。
线下堂食人气攀升,线上消费热度不减。“新华视点”记者采访了解到,不少商家推出火锅、披萨等品类的新年套餐,满足消费者宅家聚会需求。美团外卖数据显示,提供新年菜品的商家比前一周同期增长3倍,火锅订单环比节前增长90%。
1月2日,在山东省济南市仲宫街道的农村大集上,人们选购草莓。新华社记者 徐速绘 摄
“越来越多餐饮商家更加注重线上线下并重的‘双主场’战略,在堂食恢复之后,外卖能够拓宽服务半径,增加获客,同时反哺堂食,帮助商家实现线上线下双增长。”中国饭店协会副会长金勇说。
1月1日,游客在济南宽厚里排队购买美食。新华社记者 朱峥 摄
餐馆等经营场所有序恢复,带动线下商圈人气回暖。记者从广州天河路商会获悉,元旦前一天该商圈人流量超过100万人次,各商场围绕创意艺术、国潮文化、奇幻文旅、天河时尚推出100余场活动,吸引不少消费者前来体验。
旅游:超5000万人次出游,冰雪游自驾游受青睐
从山脚仰望位于新疆的乌鲁木齐丝绸之路国际度假区滑雪场,不同雪道在山腰依次排开,来自全国各地的滑雪爱好者翩然而下,在白色雪道留下优美弧线。
“元旦假期雪场游客非常多,每天至少有三四个人跟我学滑雪,一天能挣好几百块钱。”滑雪教练王革成告诉记者。
1月1日,在重庆市南川区金佛山景区滑雪场,一名小游客在雪场教练的指导下练习滑雪。新华社记者 刘潺 摄
正值雪季,各地游客玩冰雪的热情高涨。飞猪数据显示,元旦期间,包含“滑雪”“冰雪”等关键词的热门冰雪旅游商品销售同比增长超三成,吉林、黑龙江、河北、新疆等成为热门冰雪旅游目的地。
1月1日,游客在哈尔滨松花江冰雪嘉年华园区游玩。新华社记者 张涛 摄
据文化和旅游部数据中心测算,2023年元旦假期,全国国内旅游出游5271.34万人次,同比增长0.44%;实现国内旅游收入265.17亿元,同比增长4.0%。
2022年12月31日,不少游客在广州长隆旅游度假区大马戏剧场迎接新年。新华社记者 刘大伟 摄
出游意愿回升的同时,安全、健康成为更多消费者的考虑因素。元旦期间,不少游客倾向于选择错开人群相对集中的出行方式和景区景点。飞猪数据显示,元旦期间热门旅游城市的租车预订量环比上月增长超3倍,自驾游成为热门选项。此外,2至6人的精品团、私家团备受消费者青睐。
2022年12月31日,游客在陕西西安长安十二时辰主题街区观看表演。新华社发(邹竞一 摄)
旅游市场有序恢复,带动酒店、民宿预订量上升。跨年夜当晚,美团平台上高端酒店入住间夜量创下2022年新高,较此前的“十一”假期峰值提升超20%。元旦期间,三亚、西双版纳等热门目的地多家度假酒店迎来满房。
电影:元旦档票房破5亿元,市场韧性显现
“明显感觉电影院的人多了起来。今天和朋友一起来看《想见你》,希望通过观影为新的一年增添一些温暖美好的色彩。”来自北京的观众田畯走出电影院后说。
统计数据显示,元旦档我国电影市场票房为5.5亿元。专家分析认为,今年元旦档上映的影片题材以科幻、爱情、动画为主,契合节日氛围,在一定程度上满足了观众不同的观影需求。
游客在位于河南省郑州市中牟县的电影小镇餐厅就餐(2022年12月31日摄)。新华社记者 李安 摄
一系列疫情防控政策优化调整后,各地电影院复工脚步加快。灯塔专业版影院营业地图显示,1月1日当天,全国营业影院10640家,创下近10个月的新高,营业率达85%。在北京、西安、天津、郑州等城市,《阿凡达:水之道》等影片元旦档票房超过上映首周票房。
“目前一批新片正在待映,其中《流浪地球2》淘票票想看人数已突破72万。今年春节档影片阵容丰富,预计有望拉动电影市场进一步回升。”灯塔专业版数据分析师陈晋说。
1月1日,市民在天津金茂汇商场内观看演出。新华社记者 孙凡越 摄
业内专家表示,元旦档票房“成绩单”折射消费复苏的同时,也展现出国内电影市场的韧性和潜力。未来要进一步优化电影资源配置,释放优质生产力,创作出更多高质量作品,推动中国电影实现高质量和可持续发展。
新业态:打造更多消费新场景,推动内需潜力释放
多个平台数据显示,今年元旦假期,DIY手工坊、“KTV+火锅”、主题乐园夜游等小众玩法持续“破圈”,新消费业态增长迅速。
1月1日,马术俱乐部成员在福建省福州市长乐区南澳海滩体验海骑乐趣。新华社记者 魏培全 摄
“垂直细分领域的需求,孕育着新的消费增长点,要加快线上线下消费融合,培育壮大定制、体验、智能、时尚等新兴消费。”中国社科院财经战略研究院研究员依绍华说。
专家表示,元旦消费加快回暖,为全年消费市场复苏开了一个好头,各地各部门要把实施扩大内需战略同深化供给侧结构性改革有机结合起来,多措并举扩大消费,推动内需潜力进一步释放。
1月1日,市民在武汉市汉口北鲜花市场购买鲜花。新华社记者 肖艺九 摄
“我国居民消费正在向发展型、享受型和品质型消费升级。要通过改革进一步破除制约消费的障碍壁垒,提供更多优质商品和服务,不断满足和创造消费需求。”中国宏观经济研究院研究员王蕴说。
商务部新闻发言人束珏婷表示,将促进新业态新模式健康有序发展,推动生活服务数字化转型,顺应消费升级趋势,发展首店首发经济,打造更多消费新场景,同时适时组织开展系列促消费活动,促进消费持续恢复。(记者王雨萧、王鹏、徐壮、顾煜、陈国峰)
(文图:赵筱尘 巫邓炎)