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来源：天下彩票娱乐2024-07-23 17:48

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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）

东西问丨吴家玮：教育如何助建中美桥梁？******

　　中新社旧金山12月15日电题：教育如何助建中美桥梁？

　　——专访美国大学首位华人校长吴家玮

　　中新社记者刘关关

　　近几十年来，随着一批批中国留学生走出国门求学，中国与西方学术界的交流日趋紧密。东西方教育在哪些方面可以实现互鉴？教育如何助建中美桥梁？中新社“东西问”专栏近日专访美国大学首位华人校长、香港科技大学创校校长吴家玮，请他谈谈对这些问题的看法。

　　现将访谈实录摘要如下：

　　中新社记者：您在《玻璃天花板：吴家玮回忆录》中提到“打破学界的玻璃天花板”。在这一过程中，您华人身份的优势和挑战是什么？

　　吴家玮：我在美国的教研之路完全是沿着学界惯例走过来的，可以说是“循规蹈矩”。我30多岁当上系主任，40多岁当上院长、校长，于是被人说成是“打破了玻璃天花板”。在这个过程中，作为华人，我遇到过挑战，担任旧金山州立大学校长期间感受尤深。

　　旧金山历来是一座多元且较为复杂的城市，旧金山州立大学是该市唯一的公立全科大学，学校的“一把手”难免处于众目睽睽之下，突然间来了一位在儒家思维中长大、另有一套管理模式且不太听话的华人校长，很多人不习惯。

图片美国旧金山中美国际学校的学生穿中式服装表演节目庆祝中国农历新年。当地华人比例为全美最高。陈钢摄

　　在美国的教研之路上，华人身份没有什么明显优势，否则就不会碰上“玻璃天花板”了。但在旧金山州立大学当校长期间，儒家思维为我的管理模式带来一些积极影响。我常跟副校长、院长、教授代表等10来个人开会，讨论各种议题。众人意见不一致时，会展开讨论、辩论或是争论。如果讨论半个小时后还僵持不下，美国同事们就忍不住了，接下来就要求通过投票结束争论。而我认为，绝大多数人都同意某一个建议，才是较好的结局。这个时候我会说，我们都是有头脑的人，多谈谈总可以在各种不同的见解里找出大家都能接受的看法。因此我主持的会议尽管时间很长，但最后总能得到一个支持度相当高的共识。

　　中新社记者：美国高校的工作经历，为您在科大的工作带来怎样的启发？

　　吴家玮：我回国前夕，香港经济面临转型，必将注重科技。当时，香港将迎来回归祖国的时刻，“一国两制”政策也已确定。在此背景下，一群有学问、有经验、有理想的学者决定放弃国外的丰厚资源和舒适生活，凭可贵的团队精神在香港创办一所研究型大学。

坐落于香港清水湾半岛的香港科技大学。谢光磊摄

　　特别是我在圣迭戈加州大学当博士后，十载后重回原校担任院长。那段经历让我认识到，要办好一所大学，研究和教学必须依靠真正一流的人才。我们在创办科大时，就是全力寻找各学术领域的一流人才加盟。

　　另外，圣迭戈加州大学的博雅教育理念对我在香港科大的工作也有启发。当时，港英政府只允许我们办理学院、工学院和商学院，但我坚持同时要办人文与社会科学学院。我还希望每个学生主动参加文化、体育及团队活动。学校一定要培养学生的人文素养，否则怎么能算大学？人文与社会科学可以扩展年轻人的视野，理顺他们的逻辑，赋予他们深入思考、独立判断的能力。思想狭隘的人很难做到真正的创新，没有好的人文与社会科学环境，科技也搞不好。

　　中新社记者：您曾长期在旧金山湾区工作，并于20世纪90年代先后提出“香港湾区”以及“深港湾区”的概念。在高等教育方面，能为粤港澳大湾区提供哪些经验？

　　吴家玮：旧金山湾区各种类型的高校都有，粤港澳大湾区的高等教育建设也一定要多元化。最好能够平衡发展研究型、教学型、专业型、普及型等各种类型的高校。至于学科建设，科技创新、人文创作和社科教研同样重要，多种学科都要大力发展。研究型的高校必须注重教学，教学型的高校也不能忽视研究。

第十六届江苏省高校大学生物理与实验科技作品创新竞赛上，参赛选手在调试作品。杨雨摄

　　此外，高等教育不能一面倒地聚焦于应用研究，基础研究也绝对不能忽视。中国过去经济落后太久，需要飞速发展，赶上发达国家，因而在很短的时间内培养了大量应用型人才。但非常关键的基础研究没有得到应有的重视。作为科技创新和突破的基石与载体，是时候大力度发展基础研究了。

　　中新社记者：东西方教育在哪些方面可以实现互鉴？

　　吴家玮：西方发达国家因各自的历史和背景不同而发展出各有特色的教育模式，法、德、英、美等国的教育制度差别很大。在向西方借鉴的过程中，中国要按照自身的实际情况和需求善加选择，发展符合国情的教育模式。

　　最近几十年，中国高校数量急剧增加，水平相应提高。目前，中国每年普通、职业本专科招生人数在1000万以上，硕士生以及博士生的招生人数分别超过100万和10万。有人说中国毕业生太多，导致很多大学生找不到工作，但我认为现在的高校数量和招生规模相当合理。中国有3000多所高校，美国人口不到中国的四分之一，高校数量却更多。

北京大学2021届本科毕业生在校名前拍照留念。蒋启明摄

　　中国高等教育的问题不在于数量，而在于发展不平衡。美国的优秀大学分布在全国各地，但中国最好的大学主要集中在沿海几个大城市。五湖四海的“高材生”被吸引到这些大城市，毕业后大多不愿回老家。中国迫切需要推动教育、经济、文化等各项事业在地域间均衡发展，让欠发达地区对人才具备吸引力。

　　中国的高等教育需要适度引进符合国情的博雅本科教育。同时，应该像西方社会那样，摈弃对大学排名的迷信、对论文和专利权数量化的追求以及对学者名衔的过度崇拜。

　　反向来看，中国一些教育理念也值得西方学习。从文艺复兴开始，西方世界逐步盛行“个人主义”。而儒家推崇“集体”意识，为人在修身之余，必须关怀和注重家庭、社会以及国家的集体幸福。这些意识启发于教育。

　　中国一些教育方式同样值得西方借鉴。我曾看过一档英国电视节目，有一组上海的高中教师到伦敦一所高中教学。老师走进教室，学生要站起来齐声喊“老师好”。上课的时候学生不能交谈，课后还有很多作业。英国学生刚开始对这套教育方式很不习惯，但一段时间后，他们不但开始欣赏中国老师的教育方式，连考试成绩也提高了很多。

　　中新社记者：您的回忆录《同创香港科技大学：初创时期的故事和人物志》里，有一个章节是“助建中美桥梁——走向老家”。在您看来，教育应该如何助建中美桥梁？

　　吴家玮：我写这本回忆录的时期，确实还是以学术交流合作助建中美桥梁的好日子。中国落后和僵化多年后，终于打开了国门。一些有理想的优秀留学生、学者在西方吸取了先进的知识和技能，然后走向老家，在国家重启、发展的征途上作了不少贡献。同时，美国的科研也需要中国的人才。在这个阶段，两国一些科研合作相当成功。

以“国际教育，成就未来”为主题的2009中国国际教育展在北京举行。吴芒子摄

　　美国人也认为，他们在许多方面也可以向中国学习。随着越来越多美国企业到中国发展，学习中文的美国人逐步增加。这些人到美国公司的中国分支机构任职，并通过与中国的合作提高本领，然后走回自己的老家。

　　但是，现阶段美国政治状况不容乐观，内部分裂、两党对立的局面令政客们以寻找外敌的手段来争取选票，中美学术交流难免受到影响。现状能否改善，要看美国的政治态度。美国学界也需努力跨越障碍，让两国的学术交流尽快恢复到过去的良好状态。

　　中国学界除尽可能恢复与美国学界合作外，还必须扩大国际交流的范围和对象，大力加强与欧洲、东南亚等地以及“金砖国家”的学术合作，在“一带一路”上多建“桥梁”。(完)

　　受访者简介：

　　吴家玮1937年生于上海，1949年移居香港，1955年赴美国留学。1966年，吴家玮获美国圣路易斯华盛顿大学物理学博士学位。他曾担任美国西北大学物理及天文学系主任以及圣迭戈加州大学热斐尔学院院长，并于1983年出任旧金山州立大学校长，成为美国大学首位华人校长。1988年，吴家玮受邀回港，出任香港科技大学创校校长，供职时间达13年。

　　回香港后，吴家玮曾先后担任港事顾问、香港特别行政区筹备委员会委员、全国政协委员、香港特别行政区创新科技顾问委员会委员、内地与香港科技合作委员会主席以及深圳市决策咨询委员会委员等职。