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)
出境游加速回暖,中国游客“组团”来了!******
文/刘文文
兔年春节不少中国游客走出国门,享受海外“中国年”。如今,春节假期已热闹落幕,出境游的热度却刚刚抬头。
2月6日起,中国将试点恢复全国旅行社及在线旅游企业经营中国公民赴有关国家出境团队旅游和“机票+酒店”业务,为回暖的出境游“再添一把火”。
多国在线邀约中国游客
自中国有序恢复公民出境旅游起,不少国家反响积极,热烈欢迎中国游客。
菲律宾总统马科斯发出邀请,希望中国游客重返菲律宾,领略这个东南亚国家的自然风光和人文风情。
柬埔寨首相洪森表示欢迎和期待中国游客来访,希望今年接待200万人次中国游客。
泰国副总理兼卫生部长阿努廷等官员专程前往机场,打出“中泰一家亲”标语,为中国优化出入境防疫政策后首批抵达泰国的旅客送上鲜花和纪念品。
印度尼西亚旅游和创意经济部长桑迪亚加·乌诺隔空“喊话”,称印尼“已为中国游客准备好红毯”。
出境游迎价格利好
随着旅游供给侧逐步恢复,近期出境游也迎来价格利好,节后国际航班机票、境外酒店价格纷纷“跳水”。
随着航班复飞和加密消息不断,国际航班机票价格显著下降。根据携程统计消息,截至1月末,2月国内出境复飞航线已超过40条,复飞周均航班量已超过140班。其中亚洲目的地航线占比超过八成。此外,从价格上看,三成航班的价格低于2019年同期成交均价,一成左右航班甚至比2019年便宜30%以上。
去哪儿平台数据显示,1月下旬至2月初,中国多条赴东南亚航线恢复,且旅客量较春节期间明显减少,机票预订价格随之下降。去哪儿大数据研究院副院长郭乐春表示,随着中国航班运力持续恢复,中国赴东南亚地区的航班量2月将继续增长。同时,旅客量较春节期间有所下降,赴东南亚的机票价格将更具吸引力。
随着春节期间中国游客陆续返程,境外酒店也陆续降价。在去哪儿平台上,新加坡、曼谷、普吉岛、澳门和香港的酒店平均支付价格均有所下降,降价幅度约在10%。截至1月30日,签证业务搜索量比去年12月增长近三倍,出境游搜索量较高的产品集中在泰国曼谷、普吉岛和清迈等地。
旅游企业紧锣密鼓布置出境团队游
自文旅部宣布自2月6日试点恢复全国旅行社及在线旅游企业经营出境团队旅游业务起,携程跟团业务线连夜上线近百条出境团队游产品,积极联络海外合作伙伴沟通资源打磨产品。
截至目前,携程共上线近700条出境团队游产品,覆盖15个目的地国家/地区;其中携程自营产品近400条,覆盖9个目的地国家;包含跟团游、半自助游、私家团以及自由行打包产品等多种类型。
“我们假期也在与海外地接社密切联系,紧锣密鼓摸排采购资源,制定产品上线计划,审核上架产品,整个假期都没怎么休息”,携程海外跟团产品总监张妍介绍道,“这三年海外很多中餐厅关闭,导游停职转行,通知宣布后境外地接社需要一些时间重整旗鼓,出境跟团游市场的恢复还需要一个过程。我们预判大概从3月份开始,不论出境跟团产品数量和报名人数都会增势喜人”。
同程旅行相关负责人对中新社国是直通车透露,2月6日,同程旅行首个出境游团队将从上海出发前往泰国,预计在泰国曼谷、芭提雅、普吉岛等旅游目的地完成6晚7日的旅行,之后返回上海。这个团提前一周已经全部收满。从目前的订单情况看,泰国是目前国内游客最关注的出境游目的地,其次是柬埔寨、新加坡、印度尼西亚等。
旅游业全面复苏在即
中国是多个国家入境旅游的重要客源国。业内人士分析,试点恢复旅行社出境团队旅游业务,将为相关国家旅游经济全面复苏注入强劲动力。
同程研究院首席研究员程超功接受中新社国是直通车采访时称,受疫情影响,2022年中国的国际航班客运量一直处于非正常状态,月客运量仅相当于2019年同期的不到5%。在一定程度上,中国游客的回归是全球旅游业全面复苏的重要引擎。
值得注意的是,此次出境团队旅游业务涉及的国家包括不少东南亚国家。程超功说,中国游客回归对于东南亚国家的经济复苏是极其重要的推动力。例如,疫情前旅游业占泰国GDP总额的15%左右,而中国游客约占泰国入境游客的三分之一,中国游客的回归将极大拉动泰国经济的复苏。另外,作为全球多个经济体的第一大贸易伙伴,中国国际旅行的全面恢复将带动全球商贸、人文等领域的交流全面恢复,为全球经济的复苏注入活力。
中原证券研究员刘冉分析指出,出境游市场恢复需要循序渐进。出入境游市场恢复初期,出境目的呈现需求多元化、定制化特点,短时间内以商务拜访、出国探亲、出国留学等长期出境需求为主。随着航班运力陆续恢复,签证业务有序展开,出入境市场将得到进一步复苏。届时中国旅游市场的恢复将呈现出国内游拉动出境游,周边游带动长线跨境游的趋势,预计2023年“五一”黄金周或暑期能够感受到较为明显的市场变化。