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）

小小消毒卡1米之内全覆盖 “消毒神器”到底有没有用？******

　　“消毒神器”到底有没有用？

　　阅读提示

　　近段时间，不少商家推出多种号称能“杀菌消毒防疫”的消毒产品，包括除菌消毒卡、蓝光雾化消毒枪、空气消毒机等，这些“消毒神器”到底有没有用引发关注。

　　除菌消毒卡、蓝光雾化消毒枪、空气消毒机……近期，不少商家推出多种号称能“杀菌消毒防疫”的“神器”，令消毒类产品销量大幅上涨。

　　在一些“消毒神器”的宣传中，“1米范围内，360度覆盖”“纳米级雾化，超远射程，无死角消杀”“紫外线杀菌，臭氧消毒，新冠灭杀率99.99%”……类似神乎其神的描述随处可见。这些消毒产品是确有奇效，还是商家为了宣传而徒而搞的噱头？对此，记者进行了调查。

　　小小消毒卡，1米之内全覆盖？

　　“黑科技高效防护，降低孩子在幼儿园、学校等公共场所交叉感染的概率。”在某电商平台，一款月销量过万的空气消毒卡在商品详情页宣称 “戴在身上，1米范围内，360度覆盖，杀菌消毒持久力达两个月”。销售同款空气消毒卡的另一商家则称其为除菌率为99.99%的“空气口罩”。

　　一些消费者出于给自己或家人增加一重安全保障的心态购买空气消毒卡。而消毒卡的防护效果究竟如何，却难以有直观判断。商品评论中，不少消费者表示“不知道有没有用，图个心理安慰”，更有消费者直言“就当‘智商税’了”。

　　中国家用电器研究院健康家电检测中心对空气消毒卡进行的一项除菌效果试验显示，每片消毒卡所含的二氧化氯气体发生剂在3克～15克之间，在大多数日常生活环境中，达不到杀菌消毒的有效浓度。3立方米的试验舱内，距离空气消毒卡远的地方除菌率仅有9.75%，距离近的地方除菌率也只有12.13%。

　　由中国科学技术协会、国家卫生健康委等主办的科学辟谣平台此前也发布文章，明确指出“二氧化氯贴片可以在身体周围形成一个‘保护屏障’，辅助拦截病毒感染”为谣言。

　　蓝光喷雾，双管齐下除病毒？

　　酒精、84消毒液这些常见的消毒产品，如何发挥出更大的功效？在一些售卖消毒喷雾枪的商家口中，将这些液体放入喷雾枪的水箱后，通过高压空气泵和雾化喷头喷射，便能实现纳米级雾化输出，阻断气溶胶传播路径。不仅如此，多数喷雾枪还增添了蓝光功能，可以辅助“杀菌消毒”。

　　“这款蓝光消毒枪的前端配备了一个紫外线消毒灯。”据了解，蓝光和紫外线本属不同概念，某些消毒枪的宣传中却故意混淆二者，将紫外线的消毒原理用于宣传蓝光消毒枪。“紫外线灯消毒作用时间需要30多分钟，喷壶上的消毒灯简直就是智商税”“这就是电动喷雾带了蓝色LED灯，要是想省力也能买”……对于蓝光消毒，不少消费者并不买账。

　　“‘蓝光消毒喷雾’是一种并不靠谱的概念，指望用这种产品上的蓝光杀灭新冠病毒难以实现。直射还可能对人的眼睛、皮肤等造成伤害，有比较大的安全隐患。”家电行业分析师梁振鹏说。

　　此外，如果使用消毒枪喷洒酒精，则可能更多一重安全风险。消防人员提醒，此时恰逢冬季，羽绒服、化纤材质等衣物易摩擦产生静电，大面积喷洒雾化后的酒精充分接触氧气，很容易被点燃起火，故选购、使用此类产品均需谨慎。

　　“空间防护盾”，家电新蓝海？

　　居家期间，“如何给家中空气杀菌消毒”成了消费者关注的问题。新的消费需求催生了家用消毒电器市场，以空气消毒机为代表的消毒家电日渐走俏。

　　紫外线消毒、臭氧消毒、光触媒消毒、等离子消毒……在对空气消毒机的产品介绍中，“空间防护盾”“防护无死角”是空气消毒机的宣传亮点所在。面对市场规模持续增长的空气消毒机，有分析认为，这将是家电行业的一片新蓝海。

　　不过，作为一种新兴产品，家用空气消毒机效果如何尚待市场检验，市面上产品质量良莠不齐。应按照消毒产品进行管理的空气消毒机，许多在上市销售前甚至未经过卫健委审核备案。

　　面对众多家电品牌纷纷入局消毒电器行业，中国家用电器商业协会秘书长张剑锋表示，尽管短期内这些产品确实能吸引消费者眼球，但若在国家或行业标准尚未明确的前提下夸大宣传，一旦产品达不到所宣传的效果，反倒会给品牌形象带来伤害，家电行业应本着规范有序的理念运行。

　　居家防疫，需多些科学和理性

　　在电商平台不少“消毒神器”的问答中，都有消费者有关产品“是否是智商税”的提问。而使用过的消费者对此也是体验迥异，有人认为有用，起码花钱买到了安全感；有人则认为全然无用。面对五花八门的“消毒神器”，如何才能不被收“智商税”？

　　梁振鹏认为，如果家用消毒电器号称能杀死新冠病毒，消费者可能要对宣传的真实性画一个问号，因为病毒本身在不断变异，很难确定某种消毒方式是否一直有效。至于“除菌率达99.99%”等宣传用语，也需要进一步解释说明去除的是哪些种类的细菌，刻意扩大概念可能涉及虚假宣传。

　　“从商家角度来讲，某一品类的消毒产品要想获得消费者信任，首先要保证产品质量，其次要遵守相关国家标准。另外，在营销层面也要谨慎宣传。如果一定要将消毒效果作为卖点，那么所宣传内容必须要以有资质的权威部门出具的检测证明为依据，不能夸大其词，欺骗、误导消费者。”张剑锋说，对消费者而言，居家防疫，也需要多些科学和理性。