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）
云南玉溪：体教融合做“加法” 学生健康得“乘法”******
云南玉溪全面落实“五育并举”——
体教融合做“加法” 学生健康得“乘法”
近年来，云南省玉溪市从“基础+特色”“赛事+活动”“互派+流动”等方面做好体教融合“加法”，让学生在体育锻炼中享受乐趣、增强体质、健全人格、锤炼意志，不断提高青少年体质健康水平，促进青少年身心健康成长，夯实青少年体育后备人才根基，打造了体教融合的玉溪样板。
开齐开足体育课
近日，在玉溪一小紫艺校区的操场上，来自玉溪体育运动学校的6位专业教练已等候在相应的运动场地。随着一声哨声，全校256名一年级学生迅速进入“组班模式”，不到10分钟，6个“临时班”全部组队完毕，开始在篮球场上挥洒汗水、在绿茵场上奔跑追逐……
据玉溪一小校长陈志坚介绍，近年来，紫艺校区不断创新学生体育课程，在开足开齐课程的基础上探索出“大、中、小”结合的多种体育课教学方式。“大”体育课由玉溪体校专业教练执教，开展篮球、足球、网球等6个课程；“中”为每周开展的常规体育专项课；“小”为“双减”课后服务中，学生根据兴趣爱好自主选择的课程。通过“大、中、小”搭配，形成了班班有特色、人人有特长的教体融合育人模式，助力学生健康成长。
和玉溪一小紫艺校区一样，玉溪市各中小学坚持全员普及、特色发展、竞技提升，以阳光体育、大课间活动等为载体，推广武术、陀螺、太极拳等中华传统体育项目，开展竹竿打跳、烟盒舞等社团活动。20余万名学生跑出教室，在各运动场所动起来、跳起来、跑起来，校园里充满朝气和活力，“健康第一”的教育理念在学生身上得到了落实。
发挥赛事杠杆作用
广阔的绿茵场上，玉溪四小学生邓方然一边擦汗一边说：“学校每年都会组织我们参加不同的足球比赛，奔跑在赛场上，我感到非常快乐，我的身体更加结实了，上课的时候精神特别集中，学习的劲头也更足了。”
玉溪四小体育老师和宝柱介绍说，学校除每年举办一次年级足球赛和校园足球赛，还会不定期参加校外俱乐部同级别队员对抗赛，学区校队对抗赛和省、市、县级相应校园足球联赛以及青少年后备力量竞赛等比赛。
玉溪市教育体育局有关负责人介绍，玉溪充分发挥中考“体育100分”引导作用，将青少年和学生体育赛事进行全面融合，逐步构建起具有玉溪特色、覆盖8―22岁年龄段、小学至大学各个教育阶段的“三赛一会”（“足篮排”三大球联赛和田径、游泳、乒乓球、羽毛球等单项比赛组成的运动会）赛事体系。
夯实体教融合基础保障
在元江二小，来自元江少体校的教练员董红艳和段蓉，正在对学生进行专业跑步训练。她们表示，双向交流政策，让更多的学生接受专业训练，也让她们自身价值得以体现。
据了解，近年来，玉溪市持续强化体育师资队伍建设，在全市范围内大力推行教练员、体育教师“互融互派、双向流动”机制，逐步建立教练员联系校点、联系项目、帮扶体育教师的日常工作制度。加强在岗体育教师培训，推进城乡学校体育教师均衡配置，整体提高队伍素质，有效提升了当地体育教育教学水平。同时，玉溪市还采用新建、改扩建，推行体育场馆对外开放等方式，积极改善青少年学生体育场地训练条件。
“近年来，我们持续加强和改进新时代学校体育工作，不断健全体教融合育人机制和青少年体育联动机制。全市500余所学校配齐配强体育教师，体育课程从‘一校一品’到‘一校多品’，校园体育蓬勃发展。在云南省第十六届运动会青少年组比赛中，玉溪市金牌总数位居全省第一。”玉溪市教育体育局局长李卫东说。
李卫东表示，玉溪市将进一步发挥“敢闯敢试、敢为人先”的玉溪精神，不断总结完善体教融合经验，进一步强化政策保障和改革创新，全面落实“五育并举”，协同发展青少年体育与学校体育，融合抓好青少年学生体质健康水平整体提升和青少年体育后备人才培养，为健康中国和体育强国作出玉溪教体贡献。（特约通讯员 沈海亮 通讯员 郑竹君）
