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)
【回眸2022年网信发展这一年】这些重磅盛会,我们一起走过!******
【回眸2022年网信发展这一年——重磅盛会篇】
2022年,是党和国家历史上极为重要的一年。年终岁尾,我们驻足回望,过去的一年里,中国绘就着一幅“携手构建网络空间命运共同体”的生动图景;过去的一年里,中国形成了全球最为庞大的数字社会;过去的一年里,水乡乌镇、榕城福州、喜都长春……在中国大地上,一个个城市坐标、一场场互联网重磅盛会,见证了网信发展的砥砺奋进,也续写着互联网发展的时代新故事。
■2022年中国网络文明大会
2022年8月28日至29日,以“弘扬时代新风 建设网络文明”为主题的2022年中国网络文明大会在天津举办。
本届大会由中央网信办、中央文明办、中共天津市委、天津市人民政府共同主办,由中国网络社会组织联合会、天津市委网信办共同承办。大会期间发布了《共建网络文明天津宣言》、2021年度中国网络诚信十件大事、《中国网络诚信发展报告2022》和网络文明主题歌曲。期间,围绕网络内容建设、网络生态建设、网络谣言治理、个人信息保护等主题举办了10场分论坛。
作为大会的重要组成部分,新时代中国网络文明建设成果展分为综合展区、地方展区和互联网企业展区三个展区,以线上线下相结合的方式,集中展示党的十八大以来我国网络文明建设取得的丰硕成果。
光明网记者 李政葳 摄
■2022年世界互联网大会乌镇峰会
2022年11月9至11日,以“共建网络世界 共创数字未来——携手构建网络空间命运共同体”为主题的2022年世界互联网大会乌镇峰会在浙江乌镇举办。11月9日,国家主席习近平向2022年世界互联网大会乌镇峰会致贺信。
本次峰会是世界互联网大会国际组织成立后的首届年会,由世界互联网大会主办,浙江省人民政府承办,采用“线下+线上”相结合的方式举办。峰会发布了《中国互联网发展报告2022》《世界互联网发展报告2022》蓝皮书;举办了“世界互联网领先科技成果发布活动”、“携手构建网络空间命运共同体”实践案例发布展示活动、“互联网之光”博览会、“直通乌镇”全球互联网大赛等重要活动;还围绕四大板块设置20场主题分论坛。
光明网记者 刘昊 摄
■第五届数字中国建设峰会
2022年7月23日至24日,以“创新驱动新变革 数字引领新格局”为主题的第五届数字中国建设峰会在福建福州举办。
峰会由国家互联网信息办公室、国家发展和改革委员会、科技部、工业和信息化部、国务院国有资产监督管理委员会、福建省人民政府共同主办,包括开幕式、主论坛、政策发布、分论坛、成果展览会、数字产品博览会、创新大赛、云生态大会等八个环节,以及“闽江夜话”“有福之州·对话未来”等交流活动;峰会继续设立“云上峰会”平台,并全新打造云上国际数字产品博览会平台;主论坛发布了《数字中国发展报告(2021年)》。作为峰会的重要组成部分,第五届数字中国建设成果展览会设置专题展展示党的十九大以来数字中国的辉煌发展成就。
新华社记者 林善传 摄
■第六届世界智能大会
2022年6月24日至25日,以“智能新时代:数字赋能、智赢未来”为主题的第六届世界智能大会在天津举行。
本届大会通过云上办会方式举行,形成“会展赛+智能体验”“四位一体”模式。在继承发扬前五届大会经验成果基础上,“云”上聚首,共话未来,激荡思想火花;“云”端发布,引领趋势,展现前瞻成果。此外,还有“云”中展示、“云”播场景、“云”腾赛事,并采用“云洽谈”“云对接”“云协调”等途径吸引全球优质资源落户天津。
大会通过XR、AI、3D、动作捕捉、元宇宙等前沿新技术,打破时空限制,让观众身临其境。闭幕式上还发布了《中国新一代人工智能科技产业发展报告》《中国新一代人工智能科技产业区域竞争力评价指数报告》。
新华社记者 赵子硕 摄
■2022中国国际大数据产业博览会
2022年5月26日,2022中国国际大数据产业博览会在贵州贵阳举行。本届数博会由国家发展和改革委员会、工业与信息化部、国家互联网信息办公室和贵州省人民政府主办,紧扣“抢数字新机 享数字价值”的年度主题,采取线上方式举行,设置了开幕式、“数谷论坛”、“数博发布”等线上活动。
其中,“数谷论坛”活动围绕“东数西算”“数据安全”“元宇宙”等前沿话题举办8场论坛;“数博发布”活动依托“数博会云网平台”等,采用智慧会务、NFT区块链等技术,打造元宇宙“数博发布”场景,发布一批全球大数据领先科技成果奖项以及企业成果,来自中国和德国、日本等国家100余家知名企业参加展示。
■2022全球数字经济大会
2022年7月28日至30日,由北京市人民政府、国家发展和改革委员会、工业和信息化部、商务部、国家互联网信息办公室、中国科学技术协会主办的2022全球数字经济大会在北京举行。
本届大会以“启航数字文明——新要素、新规则、新格局”为主题,设置了开幕式及主论坛、6个主题峰会、近50场专题论坛,并首设元宇宙会场,通过数字孪生手段复刻线下会场;还举行了数字经济体验周、数字经济精品展、全球数字经济创新大赛以及成果发布会等4大特色活动,发布了《全球数字经济白皮书》《北京数字经济发展报告(2021~2022)》《2022年中国云计算生态蓝皮书》等研究成果。此外,大会还宣布成立国际数字经济治理研究院,共同探讨全球数字经济基础共性规则标准制定。
新华社记者 陈钟昊 摄
■第二届中国新电商大会
2022年7月29日,以“推动新电商 促进新消费 助力新发展”为主题的第二届中国新电商大会在吉林长春举行。本届大会由国家互联网信息办公室、商务部、吉林省人民政府指导,中国网络社会组织联合会、吉林省互联网信息办公室、吉林省商务厅、长春市人民政府主办。
会上发布了《中国新电商发展报告2022》《网络直播主体信用评价指标体系》团体标准;15家数字经济企业与吉林省有关地方政府签订项目合作协议;5场主题分论坛围绕新电商环境建设、技术创新、消费服务、融合发展、国际合作等议题展开交流和探讨。作为本届大会的重要配套活动,第二届中国新电商大会项目对接会、“高质量发展吉林行”网络主题活动也同步举办。
■2022年国家网络安全宣传周
由中央宣传部、中央网信办、教育部、工业和信息化部、公安部、中国人民银行、国家广播电视总局、全国总工会、共青团中央、全国妇联十部门联合举办的2022年国家网络安全宣传周,于9月5日至11日在全国范围内统一举办。
本届宣传周开幕式、网络安全高峰论坛等重要活动在安徽合肥举行,以“网络安全为人民,网络安全靠人民”为主题,举办了开幕式、网络安全博览会、网络安全技术高峰论坛,以及8场分论坛、网络安全赛事、六大主题日以及网络安全“七进”等系列活动。其中,长三角网络安全协同发展分论坛发布国内首个《网络安全人才实战能力白皮书》,20多家高校和高新技术企业与合肥市签约落地,总投资达22.1亿元。
光明网记者 李政葳 摄
■2022(第二十一届)中国互联网大会
2022年11月15至17日,由工业和信息化部、深圳市人民政府主办,中国互联网协会、广东省通信管理局、深圳市工业和信息化局等单位承办的2022(第二十一届)中国互联网大会在深圳举行。
本届大会以“发展数字经济 促进数字文明”为主题,围绕“论坛会议+特色活动”主线,举办开幕式、开幕论坛、分论坛、案例发布、嘉宾交流会、互动嘉年华、线上挑战答题赛、法官讲案例等活动,内容涵盖算力基础设施、人工智能、工业互联网、车联网、智慧医疗、智慧教育、元宇宙、数字政府、中小企业发展、未成年人保护、合规治理、个人信息保护、数据安全等热点领域。大会同期还举办了互联网技术与应用的主题博览会。
图源:中国互联网大会微信公众号
监制:张宁、李政葳
统筹:孔繁鑫
撰文:雷渺鑫、王一涵
视频:刘昊、雷渺鑫
出品:光明网要闻采访部
(文图:赵筱尘 巫邓炎)