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）
北京将建立河湖休养生息制度 依法划定禁渔区和禁渔期******
中新网北京1月11日电 (记者 陈杭)北京市将建立河湖休养生息制度，依法划定禁渔区和禁渔期，根据水环境质量和水生态健康状况，研究推进重点河湖(河段)水库一定时限的全面禁渔，并妥善解决渔民生产生活问题。到2025年全市污水处理率达到98%，正常年景市内五大流域(永定河、北运河、潮白河、大清河、蓟运河)干流实现“流动的河”，民众亲水需求得到有效满足。
北京市日前发布《关于进一步强化河(湖)长制工作的实施意见》，旨在全面落实“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的治水思路，坚持河(湖)长制治水工作机制和责任制，坚持用生态的办法解决生态的问题，坚持治水为民，坚持精治共治法治，以河(湖)长制为总抓手，强化总河长令引领和主导作用，从河流整体性和流域系统性出发，严守河道行洪安全底线和生态保护红线，加快提升水治理现代化水平，不断提高水生态健康水平，让绿水青山成为大国首都的靓丽底色。
到2025年全市污水处理率达到98%
意见提出，到2025年，北京市河(湖)长制治水工作机制更加完善，责任制体系进一步夯实，水生态空间管控体系基本建立，水资源配置和水务公共服务水平大幅提升，水生态健康状况持续改善，水环境问题基本根治，全市污水处理率达到98%，地表水国控断面达到或好于Ⅲ类水体比例稳步提升，劣Ⅴ类水体全面消除，正常年景市内五大流域(永定河、北运河、潮白河、大清河、蓟运河)干流实现“流动的河”，市民亲水需求得到有效满足。
到2035年，北京市水生态健康状况实现根本好转，河湖水系生态系统生物多样性水平明显提高，水生态系统质量和稳定性大幅提升，水清岸绿、鱼翔浅底的河湖景象持续呈现，首都河湖成为造福人民的幸福河湖，现代水治理体系基本建立。
实现地表水和地下水协同保护修复
意见明确，北京市强化水资源管理，坚持“以水定城、以水定地、以水定人、以水定产”，健全完善水资源刚性约束指标体系，全面落实最严格水资源管理制度，严格水资源“取水、供水、用水、排水及非常规水源利用”全过程管理，强化高耗水行业用水监管。深入实施节水行动，全面压实节水主体责任，做到“管生产必须管节水、管行业必须管节水、管城市运行必须管节水”，推动农业节水增效、工业节水减排、城市节水降损、绿化节水限额，不断扩大再生水、雨水收集利用。
同时，强化水生态治理。加快复苏河湖生态环境，根据水资源条件和功能分区要求，最大限度满足河湖基本生态流量；科学认识和处理地表水与地下水补排关系，实现地表水和地下水协同保护修复；加快首都水网规划建设，提高河湖水系连通性，维护河湖健康生命。
依法划定禁渔区和禁渔期
意见提出，北京市坚持生态优先、绿色发展。牢固树立尊重自然、顺应自然、保护自然的理念，处理好河湖管理保护与开发利用的关系，强化规划约束引导，促进河湖休养生息，维护河湖生态功能。
提升河湖栖息地生境多样性和河湖生物多样性，打通五大流域干流和重点支流水岸生物迁徙通道，规范放生行为，防治外来物种侵害。建立河湖休养生息制度，依法划定禁渔区和禁渔期，根据水环境质量和水生态健康状况，研究推进重点河湖(河段)水库一定时限的全面禁渔，并妥善解决渔民生产生活问题。
建设生态景观廊道
意见明确，北京市强化河湖空间与滨水区域空间融合，提升滨水空间开放共享与管理服务水平，进一步增强滨水空间活力。建设水城共融、林水相依的生态景观廊道，构建一批富含“生态、生活、生机”内涵理念的城市活力空间，打造一批水岸经济带。加快城市滨水慢行系统建设，依法合理布局河湖岸线便民服务配套设施，有序推动适宜河湖水域开展的水上冰上运动，不断满足市民休闲运动游憩需求。提升郊野河湖水生态品质，打造近自然岸线，构建清新明亮、蓝绿交织的生态景观带，提高滨水空间的通达性、宜居性。
提升跨省市界河湖联防联控联治
意见提出，北京市完善流域统筹协调机制。建立健全跨省市界重点流域管理工作联席会议机制，重点推动官厅水库、密云水库水源保护。充分发挥海河流域省级河湖长联席会议机制作用，强化与相邻省市河长制办公室的工作对接，统筹确定目标任务，统一治理标准，推动流域信息共享，提升跨省市界河湖联防联控联治水平。
健全区域协同机制。按照流域统一规划、统一治理、统一调度、统一管理要求，统筹确定跨界河湖不同区域的功能定位和保护目标。市级层面统筹跨区界河湖管理保护，区级层面统筹跨乡镇(街道)界河湖管理保护，明确上下游、左右岸、干支流管理保护责任。(完)
