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)
人潮涌入云南:丽江地接订单排到春节后,大理民宿预订涨了10倍******
澎湃新闻记者 计思敏
“没想到一下子就火起来了。”王磊是云南一家旅行社的地接导游,其在云南从事旅游业已经10年整。丽江—大理—香格里拉—泸沽湖是他服务的主打路线。元旦假期后,他明显感受到云南旅游已开始逐步复苏。
丽江:13日当天接待13.8万人次
随着疫情防控措施调整及电视剧《去有风的地方》的热播,从元旦开始,云南旅游开始回暖。
“特别是1月7日周六开始,旅游团的订单量开始不断增多。我们公司现在接团的订单量基本已排到春节假期后了。”王磊说道。
这是王磊没有想到的。2022年12月底,看着还略显空荡的丽江古城,王磊一度认为云南旅游业的复苏还需要再等上几个月的缓冲期。
“每年临近春节人都会多一些的,今年是突然火起来了。”王磊预判,这一波回暖至少可继续至寒假结束。
云南旅游的回暖从各景区的游客量就可明显感受。
据丽江热线报道,从1月9日开始,进入丽江古城的人数明显增多,1月13日进入丽江古城的人数为近期高峰,达92772人次。2022年同期人数为36106人次,约是2022年的2.6倍。经初步测算,1月13日,丽江共接待游客约13.8万人次。
丽江市文化市场综合行政执法支队支队长胡江海介绍,从1月10日开始,丽江每日接待游客突破10万人次,并有逐日上升的趋势,丽江旅游开始回暖复苏。目前,春节假期(酒店预订量)比2019年基本持平。预判春节期间,丽江旅游接待情况将恢复到疫情前的旅游接待水平。
人潮正不断涌入,据丽江日报,丽江机场自1月7日单日旅客保障破1万人次以来,单日旅客保障一路稳步增长,于1月13日突破1.3万人次后持续保持高位运行。1月7日至1月16日春运前10天,丽江机场日均保障旅客1.2万人次,1月14日保障旅客14011人次。
热播剧《去有风的地方》带动云南旅游热
机构统计数据显示,自元旦开始,2023年1月份的旅游热潮持续上升,春节假期将达到顶峰。
途家民宿数据显示,截至1月17日,今年春节大理、三亚、西双版纳、丽江、北海、上海、重庆、厦门、北京、成都为十大热门民宿预订城市。其中大理、西双版纳、三亚、北海春节预订量同比去年均增长6倍以上,大理、西双版纳增幅达10倍以上。
“确实是比之前好了。”民宿老板张超说道。他在云南的大理和丽江都经营着民宿。
张超经营的民宿在当地属于中高端档次。大理的民宿主打洱海海景房,丽江则在玉龙雪山旁打造观景房。其经营的两处民宿规模均在20间房左右。
据张超介绍,目前仅大理的海景房春节期间还有少量的空房。
据“云南省文化和旅游厅”官方微信公众号于1月17日发布的消息,随着电视剧《去有风的地方》的热播,带火了云南旅游热。“跟着许红豆吃大理鲜花饼”、“今年春节一起来云南旅游”、“总要去一趟有风的地方”等相关话题词席卷各大社交平台,剧集的热播让云南的风吹进了都市人的心头。
飞猪发布消息称,《去有风的地方》开播一周,云南相关搜索量暴涨,大理增长近2倍,沙溪古镇增长10倍多,凤阳邑暴涨50倍。百度指数显示,“云南”“大理”百度指数峰值较一个月前增长近2倍,“沙溪古镇”增长近4倍。
大理市客栈协会会长李海忠介绍,大理的各类民宿、客栈有7000家左右,其中中高端占10%。从现在到春节期间,大理的民宿房间总体预订率大约达到80%,其中中高端民宿订房率已经超过了90%,普通民宿预订率也达到了70%左右。
西双版纳:酒店客流有300%-400%增长
据“西双版纳发布”,1月7日春运首日,西双版纳机场航班量达到65班,同比增长550%,旅客吞吐量约1.5万人次,同比增长834%,已超过2019年疫情前水平。
西双版纳属北回归线以南的热带湿润区,具有“热带雨林,避寒胜地,和谐家园,神秘风情”等自然与丰富民族文化资源,每年冬季更是游客选择“南下避寒”、度假康养的热门城市之一。
在曼听御花园景区入口处,游客熙熙攘攘,就连售票处也排满了人。游客们都穿上具有民族特色的傣装,在景区各处取景拍照。最近一周,曼听御花园景区游客量持续上升,已经突破1万人次。
《春城晚报》报道显示,游客的到来使得酒店住宿业迎来春天,目前告庄西双景景区内酒店客栈预订几乎都处于满房,城区各酒店同样也预订火爆。从2022年12月下旬开始,客流量就在逐步增长,截至目前,告庄西双景的酒店客流已有将近300%-400%的大幅增长。据介绍,游客多为省外游客,60-70%为北方人,也有部分四川及云南省内游客,大部分以家庭为单位出行,平均停留时间为三天左右。目前,客流还在不断增长,预计将持续到春节后。
(文图:赵筱尘 巫邓炎)