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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）

“阳康”中如何运动？专家提醒：把握节奏与强度，循序渐进恢复锻炼******

　　“阳康”中如何运动?专家提醒——

　　把握节奏与强度，循序渐进恢复锻炼

　　华声在线全媒体记者 周倜

　　眼下，不少新冠感染者陆续处于“阳康”的恢复阶段，何时可以恢复体育锻炼、选择哪种运动方式等话题，受到大家关注。1月9日，湖南省国民体质监测中心主任王奎针对以上热点予以解答。

　　循序渐进，分阶段恢复运动

　　“‘转阴’之后，应注意至少7至10天避免任何运动，保持静养休息。在身体逐渐恢复活力之后，可分5个阶段逐渐恢复运动锻炼频次。”王奎表示，“阳康”过后，运动锻炼需慢慢来，注意把握节奏，切勿盲目“上强度”。

　　王奎介绍，“五阶段恢复法”是不错的方式，该方法采取进阶式，每次进阶时间不得低于7天。人们可参考下列方法：

　　第一阶段为“阳康”后的第二周。此时可开始呼吸训练、拉伸、平衡练习等。以上运动基本不会耗费体力，可参照执行。

　　第二阶段为“阳康”后的第三周。瑜伽、相对较快的步行等低强度的运动是适合选项，也可居家进行简单且强度较低的家务劳动，每天开展10—15分钟，逐渐恢复体能。

　　第三阶段为“阳康”后的第四周。此阶段可逐渐开始进行低强度有氧练习和力量练习，如健步走、上下楼梯、慢骑自行车等，每次5分钟，每天开展2次。如果身体可以承受，可在次日运动时适度增加运动频次与强度，每周开展3—5天，每天总运动时间10—30分钟。

　　第四阶段为“阳康”后的第五周。可开展中等强度的有氧和力量练习，运动量可以恢复至平时状态的80%左右，可进行跑步、长距离骑行、舞蹈课、各种负重力量练习、功能性训练等，每周开展3—5天，每天总运动时间30—60分钟。

　　第五阶段为“阳康”后的第六周。此时可恢复至正常状态，按平日运动计划和习惯进行运动即可。

　　值得注意的是，运动过程中须及时监测心率变化及主观感觉，一旦有异常，如呼吸困难、胸闷、心悸、发热等症状，须立即停止恢复运动的进程，必要时寻求医疗帮助。

　　鼓励老年群体以居家锻炼为主

　　“阳康”阶段的老年群体健康问题，不容忽视。

　　王奎表示，冬季气温低，加之新冠病毒仍在，此时老年朋友不适合进行户外锻炼。无论是否已经感染新冠病毒，还是正处于感染后的恢复期，老年朋友都应以居家模式为主。

　　针对老年人居家，如何引导其确保自身基本的肌肉力量，预防骨质疏松等问题，王奎建议，可充分利用家中的沙发、桌椅等物件进行简单锻炼。比如，简单的起坐练习是不错选项，通过交替站起和坐下的动作，不仅能保证老年人的心肺耐力得到锻炼，也足以改善老年人肌肉流失等情况。

　　此外，家中的桶装水和油壶都可以作为老年人做力量练习的道具。可在老年人承受能力范围内，为其配备相应的液体容量在桶内，便于锻炼，确保安全。

　　可根据方法进行呼吸训练

　　呼吸训练法是王奎推荐的有效锻炼方式。它不仅是新冠病毒感染者在恢复阶段时能最快采用的运动方法，也有助于尽快恢复机体功能。

　　王奎介绍，常见的呼吸方式包括胸式呼吸和腹式呼吸。胸式呼吸指在呼吸时胸腔扩充为主;腹式呼吸指在呼吸时腹部扩充为主，胸腔移动较少，又称膈式呼吸，是更为高效的呼吸方式。

　　训练时，可把双手分别放置胸腔、腹部，感受胸腔、腹腔是否全面“外扩”。此外，保持吸气3秒、呼气7秒的节奏，多次训练。也可尝试鼻腔吸气、用嘴呼气的方法，该方法若不能熟练掌握，可利用“吹气球”的方式进行辅助。

　　“呼吸训练法，老少咸宜，不费体力，正处于恢复阶段的群众可自行训练，逐渐掌握，帮助自身尽快康复肺功能。”王奎说。

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）