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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）

航空货运持续发力******

　　图表数据来源：中国民航局

　　制图：张芳曼

　　核心阅读

　　近年来，我国航空货运克服不利影响，持续发力，实现稳步复苏，货运保障能力显著增强。面向未来，要坚持规划引领，打造优质高效的服务体系、建设先进完备的保障体系、构建精准协同的治理体系，加快推动我国航空货运做大做强。

　　生鲜超市里，美味的波士顿龙虾颇受欢迎，它们来自上万公里之外，为何能保持鲜活不减？答案就藏在一架架货运航班里——

　　60余吨刚出水的波士顿龙虾，被小心装进东方航空产地直达货机的恒温箱，从美国运往中国。隔日，这批龙虾就抵达上海江阳海鲜批发市场。“从产地到餐桌，最快36小时，消费者就能享用来自大洋彼岸的美味。”东方航空物流股份有限公司副总经理王建民说，岁末年初是生鲜进口的旺季，相关货运量快速增长。

　　东航的产地直达航班，是我国航空货运快速发展的缩影。近年来，在全球航空运输面临巨大冲击的背景下，我国航空货运持续发力，克服重重困难，取得来之不易的好成绩。2021年，全国民航货邮运输量增速触底反弹，实现由负转正；初步统计，2022年，全国民航货邮运输量达607.6万吨，恢复至2019年的80.7%；2022年前三季度，国际航线完成货邮运输量198.2万吨，已恢复至2019年同期的106.1%。

　　面对外部环境不确定性，航空货运怎样作出应变、展现韧性？面对民航业自身长期以来的“重客轻货”格局，航空货运如何练好“内功”、补齐短板？记者进行了采访。

　　稳步恢复，我国航空货运势头正劲

　　2022年11月27日凌晨4时许，一架顺丰全货机从深圳降落湖北鄂州花湖机场，2小时后启程返航。这一落一起，标志着我国首个专业货运机场货运航线开通运行，此后还将开通更多全货运航线。

　　中国民航局有关负责人介绍，在全球民航业遭遇疫情巨大冲击的情况下，我国航空货运率先实现触底反弹。目前，我国航空货运市场稳步恢复，货运保障能力显著增强。

　　——货运规模增长明显。

　　上海机场集团航空物流发展公司副总经理孟迅介绍，自2022年4月份短暂探底后，浦东机场货运航班和货邮吞吐量快速回升，9月份以来，保障货量日均达到9745吨，同比增长4.91%，有27天日货量突破1万吨，较前期增长明显。

　　“近年来，郑州机场货运量迅猛增长，从2012年的15.1万吨跃升至2021年的超过70万吨，成功跻身全球货运机场40强。”河南机场集团航空物流研究院院长常晓涛说。

　　——货运网络更趋完善。

　　“浦东机场货运航线网络覆盖全球48个国家和地区，承担了境内机场约四成的出入境货运量。”孟迅说，上海机场集团正采取多种措施支持航司恢复、新增、加密浦东机场货运航线，每周已有逾1600个货运航班（含客改货航班）在运营。

　　民航局有关负责人介绍，目前我国每周完成国际货运航班约5000班，已通达全球53个国家的120多个城市，航线网络和通达能力加快恢复。

　　——配套政策不断加强。

　　“以前货运安检单、危险品鉴定证书等都要打印并盖章，然后送去机场柜台，如今全程电子化，货物通行时效提升20%。”常晓涛介绍，郑州机场是航空电子货运试点机场，已实现机场、航司、货代企业、货主之间物流信息互联互通。

　　跳出一域看全国，民航局高度重视航空货运发展，成立促进航空物流业发展工作领导小组，并出台《“十四五”航空物流发展专项规划》，着力推动航空货运补短板。近年来，民航局持续推进智慧物流建设、增加货运航班时刻供给、提高货运航班审批效率、简化货运航线经营许可手续，强化了航空货运的顶层设计和关键资源供给。

　　长远谋划，发展航空货运，建设交通强国

　　“大力发展航空货运是建设交通强国的重要内容，对民航业自身高质量发展和服务国家战略需求都具有重要意义。”民航局有关负责人说。

　　从短期看，发展航空货运能有效改善企业经营效益。

　　“平时货运主要靠客机腹舱带货，之前客运航班一度减少，我们就把客机改装为货机，有效利用闲置运力。”南方航空物流股份有限公司销售部副总经理李宁介绍，公司不断优化“客改货”航班，2022年共执行超9000多班“客改货”航班，运输货物近17万吨。

　　2021年，南航、国航、东航这三大航空公司货运收入达到总收入的12.88%—19.6%，远高于2019年的3.17%—6.13%。不少航空公司表示，扩展货运业务有效帮助公司减压力、增效益，增加了现金流，改善了经营业绩。

　　从长期看，发展航空货运将推动民航业补短板。

　　“截至2022年10月底，我国全货机数量为215架，占民航运输机队的5.2%。总体看，货运航班数量、国际货运航线网点较少，保障能力较弱。”民航局有关负责人表示，加快航空货运补短板，推动从“重客轻货”向“客货并举”转变，才能提升民航业整体的服务能力、保障能力、国际影响力和竞争力。

　　从全局看，发展航空货运将更好保障产业链供应链安全。

　　“以前，我们在海外没有自己的保障点，一旦供应链遭遇波动，海关清关、地面派送等环节都容易延误，甚至导致货运中断。”常晓涛介绍，2021年郑州机场在匈牙利设立海外货站，物流改善效果非常明显，当年运送货物2.2万吨，2022年仅前9月就达到2.8万吨，全年完成3.7万吨。

　　据介绍，海外货站不只是建立货仓，更重要的是实现信息系统互通、海关规则互认，并实现卸货、理货、报关等服务自主运营，最终形成自主可控的国际产业链供应链安全保障能力。

　　面向未来，推动航空货运做大做强

　　2022年11月23日，一场超大型全货机飞行秀在投运不久的郑州机场北货运区上演。短短10小时，3架超大型全货机接连起降，满载数百吨货物飞向海外。

　　“为满足市场需求，我们新建了北货运区，建筑面积16万平方米，单体货库面积和货邮保障能力位居中部地区前列。”常晓涛说，北货运区设有冷链中心，并引入云计算、物联网、大数据等新技术和自动驾驶拖车、无人搬运叉车等新设备，是一座新型智慧货站。

　　面向未来，民航局有关负责人表示，要坚持规划引领，通过打造优质高效的服务体系、建设先进完备的保障体系、构建精准协同的治理体系，加快推动我国航空货运做大做强。

　　——加大投入，完善硬件支撑。

　　不久前，浦东机场西货运区智能货站工程破土动工。新货站建成后，将实现货物处理系统自动化、货物安检流程化、建筑设施智能化，大幅提高处理效率。

　　民航局有关负责人介绍，过去5年，航空货运基础设施建设取得积极进展，新增航空货运能力600万吨以上。下一步，将加强航空货运设施规划建设指导，初步统计，目前至2023年上半年在建或争取开工的枢纽机场新建、改扩建项目中，货运设施规模已超过100万平方米、货运机坪约200个，相关投资超过120亿元。

　　——整合链条，优化服务流程。

　　为实现“门到门”的转变，商舟物流拓展多种运输方式，畅通物流“最先一公里”和“最后一公里”，即便在没有直航航班的情况下，仍可连接陆运、海运等实现灵活周转，为客户提供一站式、全流程的物流解决方案。

　　抓住时效优势，航空公司还不断加强流程标准化建设。南航物流升级推出快运产品，严格把控货物交运货站流程和到达提取流程等时间，有效压缩交货时长。“我们还给快运货物贴上特别标识，实现物流节点全程可查，方便提前准备分拣。如今，我们最快能提供24小时内从广东到新疆的上门快运服务。”南航物流市场部总经理林育华说。

　　——聚集资源，提升综合效能。

　　发展航空货运，获益的不仅是民航业本身，更能带来强大的产业聚集效应。

　　郑州航空港经济综合实验区电子信息产业产值已占河南省约八成，杭州临空经济示范区围绕萧山机场发展医疗健康等新兴产业，北京大兴国际机场临空经济区着力打造世界级商贸旅游综合体……依托一座座机场，越来越多产业新高地、创新聚集地不断涌现，为经济高质量发展和高水平开放注入新动能。（本报记者 邱超奕）

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）