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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）

中央农村工作会议系列解读⑬保障粮食稳定安全重在调动农民积极性******

　　作者：钟钰、李天祥 系中国农业科学院农业经济与发展研究所；南京农业大学金善宝农业现代化发展研究院

　　2022年中央农村工作会议强调，保障粮食和重要农产品稳定安全供给始终是建设农业强国的头等大事。全方位夯实粮食安全根基有赖于要素投入保障、科技支撑和政策支持，但农民作为种粮微观决策主体，直接决定着这些因素对于粮食生产的作用效果。

　　从发展与安全的关系看，保证农民种粮经济上获得社会平均利润，是制定粮食政策的基调，需要在“节本”“降本”“增效”三个层面协同发力。

　　节本需要适度经营、机械替代、科学减施并行

　　“节本”是指在不影响生产效果的前提下，提高规模经营水平，科学减少粮食生产要素投入数量。“节本”力求靶向精准。

　　一是推进多种形式规模经营，提升土地资源利用效率。总结推广“按户连片耕种”“一户一块田”等经验做法，通过完善承包关系，促进承包地集中连片；推广土地股份合作、联耕联种等规模经营模式，有条件的地方可实行“确权确股不确地”“确权确利不确地”，由村组集体统一经营或统一发包给新型经营主体。

　　二是加强农机装备攻关，提升薄弱环节农机化水平。围绕粮农生产需要，按照节本降耗的标准，加强国外先进农机研发和制造技术的引进消化，加快节水灌溉、精准施药、定位施肥、秸秆处理等技术装备的研制和推广。重点围绕双季稻机械化移栽、玉米籽粒机收等薄弱环节和丘陵山区、种业机械化短板，推广应用一批高适应性技术装备和全程机械化生产模式，实现农机农艺深度融合。

　　三是加强生产服务体系建设，推进生产要素集约化利用。运用市场化、多元化的服务创新，逐步让科学、精准、高效的生产技术进村、入户、到田，以提高单产、改善品质、降低物耗。大力支持和引导农民合作社、专业服务公司、专业技术协会、农民经纪人等为粮食生产经营提供低成本、便利化、全方位的服务。因地制宜发展单环节、多环节、全程生产托管，扩展农业分工经济。

　　降本需要合作组织、补贴支持、公共投资兼推

　　“降本”是指通过市场策略、政策支持和公共投资等，降低粮食生产要素投入价格，减少粮农投入成本。“降本”力求多元高效。

　　一是提升粮农的合作化和组织化程度，降低市场交易成本。充分发挥村集体经济组织和乡村精英的带动作用，把处于弱势地位的小农户按照平等、自愿、互助的原则组织起来，引导发展生产、供销、信用“三位一体”合作，助推构建互助共享的生产经营关系网络，提升小农户参与市场议价、融入大市场的能力。

　　二是优化粮食补贴政策与补贴方式，降低要素获取成本。一方面，扩大农机具购置补贴的覆盖范围和支持力度。将水稻、小麦、玉米、大豆等粮食作物生产所需机具全部列入补贴范围，应补尽补。另一方面，创新和完善农业保险和金融支持模式。推进主粮作物完全成本保险和种植收入保险“扩面、增品、提标”，鼓励商业保险机构开发更多更好的新产品。扩大粮食产业链的信贷投放规模，开辟信贷绿色通道，拓宽新型农业经营主体信贷抵押质押物范围等。

　　三是发挥公共投资对私人投入的替代效应，降低生产投入成本。包括加大高标准农田建设投资力度，创造规模经营和机械化作业条件，并将晒场、烘干等配套设施纳入投资建设范围；集中建成一批高效节水灌溉工程；加大农业科研、粮食储备、质量检测、市场促销等公共投资，改善流通领域基础条件和运行效率；以政府购买服务、服务补贴、项目资助等方式，提高粮农社会化服务可及性，减少私人支出成本。

　　增效需要延伸链条、优质优价、循环利用共振

　　“增效”是指通过延伸产业链条、鼓励优质优价、提高循环利用等，提升粮食生产附加值和经营收益。“增效”力求融合互促。

　　一是延伸产业链和价值链，让粮农更多分享增值红利。加快国家粮食安全产业带建设，打造粮食产业集群。按照有利于粮农分享增值收益的方向，重点培育各类粮油专业合作组织，探索和推动“龙头企业+专业协会+农户”“公司+粮油购销企业+农户”等不同形式的利益联结机制，切实提升粮农参与产业化经营的积极性和增收能力。

　　二是推进优质粮食工程升级，加快现代化粮食产业体系建设。着眼全产业链各环节，促进粮食优产、优购、优储、优加、优销“五优联动”，通过实施绿色仓储提升、品种品质品牌提升、质量追溯提升、机械装备提升、应急保障能力提升、节粮减损健康消费提升等“六大行动”，全面推动粮食产业链转型升级，向价值链中高端跃升。

　　三是提高粮食产品循环利用程度，提升综合经济效益。加快推动种养结合循环农业发展，推进农业废弃物资源化利用，通过推广应用低碳低耗、循环高效的绿色生产和加工技术，提高粮食综合利用率与产品附加值，提升粮食产业经济效益和种粮农民收益所得。

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）