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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）

十年之路 绳舞飞扬******

　　作者：大连市西岗区兆麟小学 刘伟

　　从成为老师的那天起，李美兰就一直有着一个朴素的愿望，那就是：尽自己之力，让学生健康成长。在领导和老教师的帮助下，李美兰对教育由陌生到熟悉，由紧张到喜欢。李美兰喜欢课上与学生畅游知识的海洋，喜欢在生活中朋友式的相处，喜欢看到学生一天天地进步与成长。

　　2010年9月，李美兰从老校长手里忐忑地接过校长重任，开启了一段新的旅程。当时，摆在李美兰面前的是一所外来务工子女占比超过90%的学校，是一所借用他校一分为二的学校，是一所师资短缺且老龄化严重的学校。面对眼前的境况，李美兰有过“昨夜西风凋碧树，独上高楼，望断天涯路”迷茫与彷徨，但心中的那份初心，让李美兰下定决心，一定要因地制宜，找准学校发展的生长点，带领广大师生走出一条属于兆麟小学的发展之路。十年寒来暑往，十年斗转星移，为学校的发展，李美兰坚守着“衣带渐宽终不悔，为伊消得人憔悴”的信念，努力让理想变为现实。而今，一所特色鲜明、蒸蒸日上的学校正以其独特的风貌，成为老百姓心中值得信任的学校。

　　一、与绳结缘，凝聚起向上力量

　　2010年，因校舍区域的规划和改造，彼时的兆麟小学全校师生一分为二分别进驻七十一中学和建设小学。寄居的感觉、局促的学习空间和每日来回两地的奔波，让学生和老师们的心里空荡荡的，少了一些踏实，多了一些忙乱。这样的状况使得学校整体的教育教学及各项活动的开展都面临着前所未有的困难。面对这一切，“如何能够克服困难，让师生凝聚起向上的力量，在有限的空间里，依然享受到正常学校生活”让李美兰陷入了沉思。渐渐地，一个思路渐渐明晰，那就是发扬传统，利用学生喜闻乐见的跳绳活动，串起师生的向上的心愿，给兆麟小学应有的生机和活力。于是，李美兰和老师们因地制宜地设计了多种活动方案，决心让学生在有限的室外空间中，找回属于自己的欢乐。渐渐地，孩子们动起来了——课间十分钟，出现了越来越多的学生随绳起舞的画面。虽然没有自己的校舍，没有自己的操场，但是学生喜闻乐见的跳绳运动却日益红火。为了确保学生能安全参加训练，激发学生的参与热情，李美兰带领着老师们和学生一起活动，广大师生钟情于跳绳，迷恋于跳绳，在漂泊的日子里，开发出一系列以绳为特色的健身活动，让体现个人能力的单人跳和展示团队协作的集体跳成为连接师生向上的纽带，让老师和学生们在舞动中独守着这份简单的快乐。这份简单的快乐一直陪伴着师生三年……

　　老师间每每谈论那三年的时光，虽都会提到一个字“苦”，但总能看到他们脸上洋溢的笑容。因为那段时光虽然辛苦，但是无形之中却让兆麟的师生与家长们的心就像绳子一样凝结在了一起。在这个过程中，老师们总是从学校的大局出发，从未计较个人的得失，因为无论是领导还是老师，都从孩子们一天天的变化中看到了希望，看到了付出的价值，全体兆麟人的心也在这份努力中紧紧地凝聚在一起！在外借校三年时间，学校成绩依然稳步提升，以“绳”为特色的活动，在市区里各项体育艺术活动频频获奖，这些都在无形中给所有的人注入了希望的力量。

　　二、绳舞飞扬，孕育了绳韵文化

　　2013年，在全体师生及家长的期盼中，他们终于回到了梦寐以求的校园里，望着宽敞明亮的新环境，李美兰和老师们对未来更加充满信心，决心沿着这三年来的向上之路再出发，让兆麟真正的“蝶变”。

　　一条细细的绳子，它看似简单，却蕴含着无尽的魅力，它给兆麟小学带来的欣喜，带来的变化，更引领着兆麟小学从平凡走向特色。于是，在悄无声息中，李美兰和老师们开启了新的探索。

　　墙壁文化，美了视觉。“绳儿有人缘，文化在其中”。这文化之“绳”，是以“绳”作为源头，充分挖掘“绳”的丰富资源，并赋予文化的内涵，提升兆麟人的品格，悦美兆麟人的心灵。走进兆麟的校园，绳的魅力尽显无遗。步入大厅，一幅幅绳材质的生动画面跃然眼前。绳结的太阳寓意着兆麟小学愿做师生生命中的太阳，给予他们生活的温暖和希望。“七百成钢”由七百根绳索凝聚而成，象征当时七百多师生团结一致，凝心聚力，无比坚强。“绳结历法”展示的是将悠远的“结绳记事”幻化成龙形，同时把中国传统的二十四节气融入其中，让师生感受到传统文化的魅力。“回文绳诗”“绳编毛笔”“笑脸墙”“天籁之域”“绳编画”等主题区域，无不以绳展示着兆麟师生的成长历程，彰显着兆麟大家庭的和谐氛围。

　　课程文化，提能育心。“绳韵”是以“绳”为载体，发挥“绳”的本体作用，并赋予教育的元素，使之从物质到精神、从技能到心灵，充分体现出艺术和竞技的完美融合。

　　针对学区孩子的特点，学校构建了以“阳光教育”为主题的校本课程，让每一个孩子都能够参与其中，让每一个孩子都能够展示自己。学校重视校本课程的架构，设置了“奠基型、特色型、发展型”校本课程，增设个性化课程，满足不同学生的需求，使普通的学生有提高，特色的学生有发展。目前，学校已经建立起完整的课程体系，每一门课程从纲要到评价，全部由老师自主开发，学生自主参与，师生也在课程开发和建设过程中共同成长。

兆麟小学“绳韵”课程部分作品

　　木受绳则直，金就砺则利。李美兰和老师们一起研究，不断地丰富以“绳韵”为核心的“五个一”的德育活动 ，即掌握一项体育技能、了解一位体育明星、会唱一首体育歌曲、弘扬一种体育精神、知晓一项体育活动发展史。学生在一系列小而活的德育活动中，感悟并践行体育精神的内涵；在充满正能量的德育氛围感染下，规范言行、锤炼品行。不仅如此，学校还尝试让“绳韵”融入到更多的学校活动中：陆续开发了跳绳与舞蹈结合的绳舞、与体操糅合为绳操、融入武术的绳拳、汇入杂技的绳技……辅之以“校园吉尼斯”冠名的各类竞赛，不断地激发着学生们的积极性，培植了师生们争先向上的精神。慢慢地，“校园吉尼斯”比赛的内容不断扩大，逐步延伸到汉字书写、经典诵读、计时速算等知识性竞赛。一系列的改革与创新，不仅激发了学生的参与热情，提升了学生的团队意识和向上精神，更是让学生在挑战中磨练意志，提升心理承受力，体验竞技之美。

校园绳韵大赛中学生的比赛瞬间

　　三、拔节孕穗，绽放出别样的风采

　　如今，随着工作的不断创新，学校将普通的花样跳绳融入音乐，加入古诗，赋予“绳”更多的韵味。操场上，舞台上，绳飞绳舞，孩子将绳跳出了灵动，跳出了生命，跳出了创新。一条条彩绳，让孩子的童年充满童趣，孩子们不仅将脚下的绳舞动炫彩，更让手中的绳灵动多变。编绳、翻绳，或合作，或单人，编出了智慧，创造了美。以“绳”为特色的跳绳展示、舞蹈展示，版画展示、绳编绳艺展示……生动地展示了他们充满阳光、充满活力的新风采。曾经的胆小怯懦的外来子弟，如今却能自信走进中央电视台的央视演播大厅展示风采、走近各级各类的媒体记者的镜头侃侃而谈……

2018年兆麟小学的学生参加上海国际交互绳大赛

　　近年来，学校先后荣获大连市特色目录学校、辽宁省和大连市体育艺术“2+1”先进校、全国大课间示范校、全国跳绳示范校等荣誉，李美兰也荣获全国百强校长的光荣称号。学校的发展，引来了一批批国内外同行的来访交流，学校的特色化工作获得了各级领导和同行的高度赞誉。李美兰用一根绳子实现“拉根绳连通世界，跳过去走向成功”美丽愿景！

兆麟小学的学生接受中央电视台记者的采访

　　十年吐故纳新，十年同心协力，、如今，“绳”在兆麟已经成为独特的育人符号，李美兰带领老师以绳为媒，让“有形”与“无形”的“绳文化”映入眼帘，深入人心。一根根纤细的绳子，把她和兆麟人串成凝聚的团队，让兆麟人拥有力量，使所有的兆麟人都凝心于孩子成长、致力于学校发展，李美兰和老师们也在感动中继续去创造“绳韵”的魅力与荣光。

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）