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)
坚定信心 勇毅前行******
【坚定信心 勇毅前行①】
开栏的话
海外招商争先恐后、工业企业加班加点、投资兴业你追我赶……随着疫情防控政策的持续优化,全国各地、各行各业已积极行动起来,争分夺秒,要将疫情耽误的时间“抢回来”!
我们坚信,有社会主义市场经济体制优势,有超大规模市场需求优势,有产业体系配套完善的供给优势,更重要的是,有党的坚强领导和广大群众的勇毅拼搏,我们一定能够战胜一切困难,一定能够创造出更加辉煌灿烂的明天。
听,刚刚闭幕的中央经济工作会议已吹响了振奋人心的号角!
从今天起,光明日报开设《坚定信心 勇毅前行》专栏,讲述各地区各行业克服困难、积极作为、开拓创新的故事,让我们一起去感受中国人民一往无前的奋斗精神和中国经济生气蓬勃的活力!
山东:千方百计调动市场主体积极性
光明日报记者 赵秋丽 李志臣
“你们的技改奖补通过审批,已经公示,70万元资金很快就能到位。”12月5日,走访完企业回到办公室,山东省临清市潘庄镇党委委员王鑫看到网上“2022年技术改造设备奖补资金项目”公示的消息,立刻拨通蓝宇轴承有限公司总经理林广福的电话。
“缺了金融活水,企业提档升级就是一句空话。”王鑫说,在一次例行走访调研中,蓝宇的林广福提出二期项目建设资金筹措有点困难。王鑫马上联系市工信局、金融办、银行等相关部门,为企业协调申请设备购置贴息贷款。仅用了一个月,蓝宇便申请到2家银行700多万元贷款。补贴后,利息只需缴纳一半,直接节省资金40余万元。企业用这笔资金购置了49台检测仪器、磨床、合套仪等设备用于生产线技术升级改造,占地9800平方米的现代化车间已在建设中。
山东强化要素省级统筹,精准高效做好要素供给保障,制定重大项目谋划领域指引,坚持要素跟着项目走,强化要素保障创新,不断完善服务保障机制,千方百计调动市场主体积极性,充分发挥各类要素支撑作用。
近日,在山东乐陵市循环经济示范园内,总投资100亿元的齐鲁制药乐陵医药产业园二期项目正在试生产;今年投资2.2亿元新上马的山东安舜高端药物研发生产项目封顶,计划2022年底建成年产100千克核酸类药物生产线,填补我国现代生物医药产业化中的空白地带……“经济的稳中有进,离不开企业的自身创新,更离不开政府服务和政策护航。受益于乐陵的改革创新和首席官服务,我们一期项目建设用了15个月,二期项目用了10个月,今年新上的项目只用了6个月,这样的速度给了我们很大信心。”乐陵市安舜制药相关负责人范长莹说。
在烟台黄渤海新区,正上演一场引进大项目的赶超好戏。从聚焦五大主导产业,到抢先布局“三航”产业,再到突破“三绿”产业,该区“招大引强”“求速求质”的步伐步履不停,今年新区累计落户重点项目100多个,总投资突破千亿元,签约项目数量、质量、体量均位居全市第一。
在沂蒙老区,临沂费县坚定做好经济工作信心,全力以赴稳经济、促增长,县域经济运行平稳向好,被评为全省12个、全市唯一的民营经济高质量发展先进县。他们建立重点项目督导联系工作机制,实行精准帮扶、强化服务,集中力量帮助协调解决实际困难和问题,推进重点项目快落地、快建设、快投产,力争完成今年工作目标任务。
山东各市还积极组织“助企稳单”“海外抢单”活动,为稳经济促发展再添一把火。目前淄博市高青县党政领导带领企业“南征北战”的助企稳单大走访正在全面进行。济南市首批赶赴新加坡招商团已启程,本月下旬还将分别到日本、韩国和欧洲等地开展贸易洽谈活动。日照市全面梳理全市企业外经贸活动的计划和需求,排出单子,搞好发动组织、优化服务,帮助企业“出海”抢订单、拓市场、抓商机。
“日前举行的中央经济工作会议指出,要坚持稳字当头、稳中求进。接下来,我们将凝心聚力,深入贯彻落实党的二十大精神,实施传统产业转型升级专项行动,帮助传统企业和中小企业实现数字化转型,促进创新链、人才链、产业链深度融合,为高质量发展提供坚强保障。”山东省省长周乃翔说。
辽宁:实干交出新答卷
光明日报记者 刘勇 光明日报通讯员 李青坡
12月17日,营口港外,晴空万里。随着汽笛的一声鸣响,国内最大的内贸集装箱船“中谷福州”轮在辽港集团营口港首航。该轮作为首条在营口港正式运营的10万吨级集装箱船舶,刷新了营口港内贸最大单船吨位纪录。
潮平两岸阔,风正一帆悬。同日,辽宁省委常委会召开扩大会议,传达学习中央经济工作会议精神。会议强调,充分发挥投资、消费、出口的拉动作用,着力扩大有效投资,谋划储备推进一批高质量项目。
“这次上海之行,我们不仅更加了解市场动向,还先后与8家知名企业、产业链头部企业洽谈合作项目,收获颇丰!”刚从上海招商归来的沈阳高新区生物医药产业促进办公室团队负责人李春红,忙着对洽谈成果布置落实。“现在要趁热打铁。洽谈时多家企业希望近期到沈阳实地考察,我们要着手安排各项准备工作,加快推进一批大项目、好项目签约落地。”李春红说。
以实干展现新作为,靠实干交出新答卷。据了解,从现在起至明年3月,沈阳将广泛开展冬季大招商专项行动,50多个团组将在近期分赴奥地利、德国、日本、韩国等国家以及国内一些重点城市开展精准招商活动,从宏观政策、短板弱项、产业链条中找项目、谋项目,为明年经济发展起好步、开好头奠定基础。
广东:只争朝夕促发展
光明日报记者 吴春燕 唐一歌
12月15日,广东对外宣布,粤港澳三地政府将在广州南沙高规格召开首届粤港澳大湾区全球招商大会,届时将有来自20多个国家及地区的超300家境外企业参加;16日,粤港澳三地将在珠海市联合举办首届粤港澳大湾区服务贸易大会的消息公布;17日,来自家居建材、智能家电、纺织服装等领域的150多家广东省外贸企业负责人共计270人,搭乘南方航空“粤贸全球”包机从广州飞抵迪拜,参加第十三届中国(阿联酋)贸易博览会。据悉,这是今年国内最大的包机参展团。
稍早之前的10月、11月,广东商务部门已组织2架“粤贸全球”包机,运送239名相关企业负责人赴马来西亚和新加坡参展,企业个个满载而归。11月中旬正是广州疫情防控的关键当口,赴新加坡参展团的成员曾担心,疫情之下还能如期成行吗?当时,广东省商务厅厅长张劲松回复“风雨无阻”。他表示,一是中央一再要求“双统筹、双胜利”“疫情要防住、经济要稳住、发展要安全”,二是广东落实中央精神多措并举稳外贸,三是企业有迫切需要。有了这三条,还犹豫啥?
“粤贸全球”品牌工程是广东“贸易高质量发展”十大工程之一,每年举办逾百场线上线下展会,引导外贸企业积极参展。据介绍,明年广东还将在欧洲、东南亚、南亚等国际市场举办“粤贸全球”展会超100场,带动1万家企业出海抢抓订单。
为贯彻落实中央经济工作会议精神,以“敢闯敢试”闻名遐迩的广东进一步打出强信心、促发展“组合拳”,全省上下呈现出一派只争朝夕的火热景象。
河南:想民企之所想
光明日报记者 王胜昔
“免了这200万元保证金,咱干劲更足了,一定把钱用在刀刃上!”12月17日,刚放下电话的河南省安阳市汤阴县畅通公路工程有限公司负责人王玉树兴奋异常,他说,公司前期中标的项目资金投入比较大,拥有稳定的现金流是民营企业生存发展的底气。这次获得减免履约保证金的支持,极大减轻了企业负担,企业可以更好地把有效资金用在项目建设的刀刃上。
中央经济工作会议后,河南以“想企业之所想、急企业之所急”的时不我待思想,根据各地不同情况因地制宜出台政策,引领扶持民营经济快速发展。
新郑市结合实际出台《新郑市稳经济促增长政策措施30条》,严格落实增值税留抵退税、企业税费减征等系列优惠政策,切实用真金白银解企业燃眉之急。对受疫情影响暂时出现生产经营困难的小微企业和个体工商户,全面落实用水、用电、用气“欠费不停供”政策,承租国有资产类经营用房的免收3个月房租、减半收取12个月房租。
18日,平顶山市商务局外贸科科长王斐说,该市商务部门在年底窗口期对各县(市、区)及重点企业进出口动态及时掌握,从开拓市场、加大融资等8个方面助力外贸企业发展壮大,落实各类稳外贸优惠措施,以政策红利帮助企业降低成本、提振信心。
目前,河南各地八仙过海,纷纷行动起来:郑州市不少市场接力行动,为商户减免房租,帮他们尽快复工复产;焦作市建立政企“亲清面对面”长效服务机制,协调解决企业发展难题,营造良好助企惠企氛围……隆冬时节的中原大地,助企纾困的政策持续发力,保市场主体、护民营经济。
近年来,民营企业贡献了河南省五成以上的生产总值、近九成的税收收入和八成以上的新增就业;截至12月8日,河南市场主体总量首次达“1000万+”,其中个体工商户占比近七成,带动近3000万人就业。民营经济成为河南经济增长的强大引擎、创新转型的中坚力量,改善民生的重要支撑。
《光明日报》( 2022年12月19日 01版)
(文图:赵筱尘 巫邓炎)