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）

探寻数字时代“科技之魅”******

　　【乌镇聚焦】

探寻数字时代“科技之魅”

——2022年世界互联网领先科技成果发布

光明网记者 李政葳 李飞

　　11月9日下午，作为2022年世界互联网大会乌镇峰会重要板块之一，世界互联网领先科技成果发布活动在乌镇互联网国际会展中心举行。

　　发布厅内，蓝色弧形大屏幕搭配四周蓝绿交融的灯光，再有激光、3D等技术加持，现场科技感十足。观众席座椅上放置的“科技之魅”手册，介绍了15项世界互联网领先科技成果概况。这批成果重点聚焦全球互联网前沿技术与应用发展，并更加关注互联网基础理论创新和技术应用创新。

　　“以互联网为代表的信息技术日新月异，日益成为创新驱动的先导力量。成果发布活动为全球互联网创新科技成果展示、交流、推广搭建了国际化平台，通过发掘全球科技示范成果，共同探寻网络空间发展的新趋势。”专家推荐委员会中方主任、中国工程院院士邬贺铨说。

　　5G已来，6G不远

　　自从2016年首次举办世界互联网领先科技成果发布活动以来，5G的身影几乎历年都不缺席。近年来，随着5G建设的持续深化、创新应用的不断扩展，业界更多考虑如何充分挖掘5G潜能，为用户提供更为极致的体验。

　　来自高通公司的“全球首个集成5G AI处理器的调制解调器及射频系统”——骁龙X70便入选其中。“它将开启5G智能连接的新时代。”高通公司全球副总裁侯明娟介绍了骁龙X70具备的技术首创、特性丰富、应用广泛等三大领先优势，期待该技术为智能网联带来行业领先的5G连接体验，推动行业变革。

　　爱立信带来了“5G时间关键型通信使能远程操控”成果，重点瞄准以远程操控、XR（增强现实）等为代表的时延敏感类应用。爱立信中国区总裁方迎介绍，通过这项技术可以实时监控网络和终端的状态，预测潜在卡顿，为用户提供流畅的体验。

　　5G已来，6G还有多远？北京邮电大学教授、鹏城实验室研究员陶小峰现场给出答案。鹏城实验室联合北京邮电大学等推出了“EAGLE 6G：面向6G无线高速接入原型系统及测试环境”。他表示，6G新一代无线通信技术已成为全球研究热点，“未来我们将不断提升6G创新生态体系实力”。

　　备受关注的IPv6相关成果也榜上有名。中国联通副总经理梁宝俊在发布“‘IPv6+’标准制定、设备研制、组网设计及规模应用”时表示，在IPv6规模商用的基础上，不断面向5G、工业互联网和算力网络新需求，积极开展“IPv6+”技术和应用创新，不断增强IPv6网络的融合承载能力，在提升用户体验的同时，也可以保障网络安全。

　　走向智能，走向安全

　　近年来，“数字孪生”成为热词。经过4年的研究和创新，微软公司的“微软第一方数字孪生产品”不断走向应用。发布仪式上，微软中国副总经理赵军讲解了微软“数字孪生”：这是一个由点到线构成的知识图谱，不仅具有数字孪生技术服务能力，而且能与不同的数字化平台相结合，进而构成跨行业端到端的解决方案。“开发者可以利用‘数字孪生’定义语言，对物理世界进行定义，跟踪和追测现实与历史的环境数据，并支持多系统的数据投入。”赵军说。

　　辨别一条信息的真伪需要多久？中科院计算所给出的答案是：“动一动手指，只需一秒钟。”近年来，中科院计算所数字内容合成与伪造检测实验室主任、中科睿鉴创始人曹娟的团队一直在与网络谣言斗智斗勇。“面对信息谣言这一风险与挑战，数字内容伪造检测技术便应运而生。”曹娟在发布“睿鉴数字内容虚假伪造检测系统和设备”时表示，该成果集大数据底座、硬件设备、AI平台、应用场景于一体，并在此基础上研制出虚假信息检测系统“睿鉴识谣”。“它可以辨别取证伪造痕迹，让虚假文本、虚假图片、虚假视频无处遁形。”

　　在过去7次世界领先科技成果发布中，来自卡巴斯基的代表3次站上舞台。本次他们发布的科技成果依旧与网络安全密切相关。在介绍“卡巴斯基安全远程工作空间（基于卡巴斯基操作系统）”时，卡巴斯基大中华区总经理郑启良讲述了“网络免疫”的概念。“我们将方法、理念、安全架构融入操作系统中，实现操作系统的‘免疫’。”郑启良介绍，该解决方案的创新性在于不仅将端点安全性提高到了以往难以达到的水平，还改进了IT端点的生命周期。

　　科技强“芯”，数据驱动

　　毋庸置疑，芯片技术是科技领域中最为重要的技术之一。本次成果发布中，龙芯中科的“龙芯3A5000/3C5000处理器芯片”也位列其中。“两个处理器（3A5000/3C5000处理器）的性能逼近或达到市场主流产品的水平，可满足行业信息化及云数据中心等应用需求。”龙芯中科董事长胡伟武说。

　　据了解，该成果已广泛应用于电子政务、能源、金融、电信、教育等领域。比如，在国内，统信、麒麟等操作系统，欧拉、鸿蒙等操作系统社区，办公软件、微信、QQ、钉钉等基础应用，均推出了“龙架构版本”。

　　在本次发布的15项领先科技成果中，有三家国内高校机构代表发布成果，这也彰显了高校在互联网科技研发领域发挥的重要作用。其中，清华大学发布了“大规模知识图表示学习的体系化基础算法及开源工具”，北京大学发布了“基于数字对象架构的数联网及大数据互操作技术”，浙江大学发布了“大规模图神经网络模型端云协同计算平台和应用示范”。

　　在领先科技成果评选过程中，世界互联网大会前期征集到来自中国、俄罗斯、美国、英国、瑞典等国家的近300项优秀成果，近40位来自全球互联网领域的知名专家组成推荐委员会，申报成果也涵盖了5G/6G、基础操作系统、图计算、人工智能等互联网前沿技术领域。

　　“在全球领先科技人才和企业的广泛参与下，一批又一批领先科技成果在互联网技术创新的征程上熠熠生辉，为国际交流互鉴和科技成果转化照亮前行之路。”邬贺铨说。

　　《光明日报》（ 2022年11月10日 10版）