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）

破浪前行 以教育支撑强国建设******

　　2012、2017、2022……年份本身没有特殊意义，但在特定时空内，一连串的数字却展现出时间的无穷魅力。

　　十年磨一剑、十年奋进路，在过去的十年里，我国教育面貌发生格局性变化，建成世界上规模最大的教育体系，教育普及水平实现历史性跨越，教育发展成果更多更公平惠及全体人民，教育服务国家战略和区域发展的能力显著增强……一组组数据无言地记录着这一切，所有人都能真切地感受到这些年的教育变革，共享着教育改革发展的成果，中国这艘“复兴号”巨轮，在教育的战略支撑下，走得更远、行得更稳。

　　回首过去的成绩，我们有理由自信和骄傲；而展望新征程，实现第二个百年奋斗目标，以中国式现代化全面推进中华民族伟大复兴，教育所肩负的使命更为艰巨、责任更为重大。党的二十大报告首次单独开辟一个独立章节论述“实施科教兴国战略，强化现代化建设人才支撑”，首次提出教育是“基础性、战略性支撑”。这既是对强国崛起规律、对当今新技术革命和产业变革的时代特征、对未来世界发展大势的深刻洞察和把握，也深刻反映了对教育的基础性、先导性、全局性地位和作用的强调与期待。加快建设教育强国，更好发挥教育对中国式现代化的支撑作用，以教育支撑强国建设，党的二十大报告赋予教育新的战略地位和历史使命，更为教育发展锚定了清晰而坚定的战略方位，为教育系统指明了接续拼搏奋斗的方向。

　　教育何为、教育往何处去？具体而言，就是要坚持促进公平、提升质量这两条主线。办好人民满意的教育，满足人民群众对更好、更公平、更优质教育的期盼，以教育公平夯实社会公平的基石，为全体人民共同富裕的现代化打牢基础；以国家战略需求为导向，源源不断培养和输送各类高素质人才，源源不断产出更多原创性科技成果，努力成为支撑和引领经济社会发展的先导力量。

　　我们看到，教育系统准确识变、科学应变、主动求变，以新的姿态，因应着这种变局。其中，加快推进教育数字化，无疑是过去一年教育变革与发展中最亮眼的篇章。从年初把教育数字化战略行动列入教育部工作重点，上线国家智慧教育公共服务平台，再到年底召开2022世界慕课与在线教育大会等，形成了一批重大标志性成果。2022年可谓教育数字化战略转型元年，教育领域进入全面推进数字化转型的时代。

　　从教育信息化到教育数字化，背后不仅仅是概念的变化，还是内涵的拓展和深化，是教育与信息化、数字化技术的深度融合。教育数字化，不仅仅是单纯用技术和工具改进教学，更是将数字技术整合到教育领域各层面，推动学校管理、教学范式、教学过程、评价方式、学习文化等全方位的创新与变革，更好实现教育优质公平与支持终身学习。它不仅是顺应数字化大势的必然要求，更是赋能社会和教育改革创新，破解教育改革发展难题，构建高质量教育体系，建设教育强国的必然选择。

　　教育数字化战略意味着教育与技术的深度融合从一种教育发展战术，上升到重塑教育、提升综合国力的重大战略。这是一种方向和路径的战略转型。战略转型，当然意味着机遇与挑战并存。前路迢迢，任重而道远，但既然已经启动，就无惧山高路远。

　　技术与人才，是建设教育强国的两翼。实现教育现代化，必须坚持双轮驱动。如果说，教育数字化是依托技术的力量重塑中国教育的战略转型，那么打造大国强师队伍，则是依靠人的力量推动教育高质量发展。过去的这一年，“师范热”“教资热”引发全社会的关注，这背后有着复杂的多方面原因，既有经济发展趋势、就业形势之变，也有学生就业心态之变。当然，近年来教师社会经济地位的提高，教师职业吸引力增强有目共睹，也是催生优秀人才积极从教的重要因素。

　　教师队伍是教育强国的第一资源，新的历史方位下，教育面临更为艰巨的任务，对教师队伍的素质提出了更高的要求。唯有用更有力、有效的强师、优师、惠师举措，才能更好回应时代的要求，满足广大青少年学生对教师职业的期待。

　　星空寥廓、征途漫漫！新征程的号角已经吹响，我们要以“一万年太久，只争朝夕”的紧迫感推进教育改革发展，不断强化教育的基础性、战略性支撑作用，加快建设教育强国，为以中国式现代化全面推进中华民族伟大复兴，继续贡献教育的澎湃力量。（执笔人：杨三喜）