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）
山西医科大学：发挥医学专业特长助力抗疫******
山西医科大学1815名师生主动请缨投身校外疫情防控——
发挥医学专业特长助力抗疫
■从严从实从细抓好疫情防控
“20天里，在老师的指导下，我和同学们操作复杂的检验仪器，累计完成35万份样本检测。”被派驻到位于太原市尖草坪区的气膜方舱实验室营地的志愿者、山西医科大学2022级公共卫生专业硕士研究生王元昊说。
12月4日，山西医科大学支援太原气膜方舱实验室营地的43名青年志愿者载誉而归。他们是山西医科大学最后一批返校的青年志愿者，也是山西医科大学众多师生在新冠肺炎疫情形势严峻的紧要关头发挥自身专业特长，积极投身校外疫情防控工作的缩影。
弘扬志愿精神 以行动践行担当
“姐姐，这是送给你的，谢谢你们！”当支援忻州市忻府区抗疫的山医志愿者们接过当地小朋友们亲手制作的写满感谢和祝福的卡片时，惊喜与感动如潮水般涌上心头。一幅幅锦旗、一封封感谢信、一个个关爱的眼神、一句句深情的话语……无不表达着群众对师生志愿者工作的肯定和赞许。
志在心中，愿在行动。在社会面临复杂严峻的新冠肺炎疫情防控形势时，面对地方政府和疾控部门向学校发出支援的请求，山西医科大学广大师生主动担当、积极作为，下沉防疫一线，支援各地市疫情防控工作。他们奔赴太原市、晋中市榆次区、忻州市、临汾市等地，走入社区、医院等开展志愿服务，积极投入样本检测、数据录入、环境消杀、电话流调、移动方舱实验室建设等工作，在疫情防控一线用实际行动践行着山医人的初心使命。
山西医科大学公共卫生学院2021级研究生李梦玲第一时间参与临汾市疫情防控电话流调工作，询问涉疫人员的活动轨迹，运用自身专业知识判断涉疫人员行程轨迹的合理性，利用公安部门的技术手段查明轨迹中不明确的涉疫人员、场所等信息，力求精准溯源。
“这个世上没有超级英雄，不过是无数普通人都在发一分光，然后萤火汇成星河。万众一心，与爱同行，抗疫必胜。”这是山西医科大学2021级公共卫生专业硕士研究生聂艳聪支援忻州疫情防控后的体会，也是诸多山医志愿者师生的共同心声。
发挥“智囊”作用 助力联防联控
跟踪山西疫情发展态势，开展流行态势预测，完成多期省内外多地新冠肺炎疫情分析报告……在这场没有硝烟的战斗中，山西医科大学发挥高校“智囊”作用，利用大数据研判分析，助力疫情防控，为动态调整防控策略、跟进实施防控措施、及时补短板强弱项等建言献策。
山西医科大学与山西省疾病预防控制中心共同签署了“应对新冠肺炎等重大传染病疫情和突发公共卫生事件技术支撑合作框架协议”，全面提升山西省疾控机构防控能力和科研水平。学校教授解军、王彤等人带领的科研团队承担了国家重点研发计划课题、山西省卫健委课题、山西省新冠专项课题等，在免疫接种、病毒感染潜伏期、病毒灭活疫苗接种方案等方面，充分利用科学技术助力疫情防控。
受国家联防联控机制综合组委托，山西医科大学公共卫生学院多位专家带领学生对广西北海、海南三亚和四川成都疫情防控提供技术支持，为当地精准科学防控提供依据，得到国家联防联控机制综合组的高度肯定，也为把学校早日建成全国一流研究应用型医科大学奠定了坚实基础。
线上线下齐发力 创新科普助防疫
除了活跃在抗疫一线的志愿者服务团队和潜心钻研战疫情的科研团队，山西医科大学的师生们主动作为，线上线下齐发力，在心理疏导、行为指导、防疫知识传播等方面都效果显著。
为有效应对疫情防控校园封控期间师生可能产生的心理压力、不良情绪及突发心理状况，山西医科大学整合心理学、精神卫生学、临床医学学科优势，构建起全周期覆盖、全平台支持、全天候陪伴、全方位育人的心理防疫矩阵，依托附属医院精神卫生专家，融合线上线下、整合各方力量，推出了面向全省高校师生的“医心医疫”心理支持云平台。学校依托“山医心理”微信公众号推出“深夜树洞”窗口，及时为处于心理困扰的学生排忧解难，举办了“战胜考试焦虑手册”主题线上心理健康主题讲座，并通过拍摄一系列微视频，宣传心理放松技巧，守护学生心理健康。
疫情发生以来，山西医科大学采取线上线下相结合的形式，举办培训会、动员会，制作精品共享课程，帮助广大民众认识疫情、了解疫情，做好疫情防护。学校开展疫情防控科普微视频拍摄、制作、宣传活动，在各媒体平台播出系列科普宣传微视频42个，用通俗易懂的形式向广大公众普及疫情防控科学知识，用实际行动助力筑牢社会“抗疫”防线。
今年10月以来，山西医科大学先后有1815名师生主动请缨加入疫情防控志愿者队伍，发挥医学专业特长，为国家作贡献，为社会负责任，他们用实际行动彰显了新时代山医人的使命与担当。近日，山西医科大学向广大返乡学子再次发出了倡议书，号召大家返乡后严格遵守属地防控规定，做好寒假期间的个人防护，在保障自身安全的前提下，主动担负起医学生的时代使命，做有理想、敢担当、能吃苦、肯奋斗的新时代好青年。（通讯员 侯小宝 皇甫亮 本报记者 高耀彬）
