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)
走不走亲戚喝不喝酒? 重塑春节文化的年轻人******
走不走亲戚喝不喝酒?
重塑春节文化的年轻人
“谁喝得多谁机会就多,这完全没道理。”19岁的李园洁与父亲因喝酒发生分歧后,将自己的经历发在网上,得到众多网友支持。
每年过年前,24岁的张一嘉都要为“走亲戚”感到压力巨大。“妥协吧,我难受;不妥协吧,每年都吵架。”
“这是第一次不在自己家里过年,想到爸妈在家里冷冷清清,心里非常不好受。”春节刚过,李悦颖打算跟丈夫沟通,争取明年各自回家过年。
酒桌文化会被90后、00后转变画风吗?遭遇亲戚“经典三连问”怎么办?独生子女夫妻回谁家过年?在人们为久违的团聚欢欣雀跃时,新思维、新观念与传统习俗文化的碰撞,也在假期浮出水面。
不喜欢酒桌文化,希望喝酒点到为止
“如果有聚会,我只是喝一些低度数的鸡尾酒。”平日里,张铭可以说是滴酒不沾。
今年春节,张铭和家人聚餐时喝了半瓶白酒,“长辈和同辈的兄弟们都在喝,不好意思拒绝。”按照老家规矩,他需要先给长辈们挨个敬酒,再和几位堂兄弟喝,一圈下来就感觉脑袋晕乎乎的。
这顿饭局从中午12点持续到下午2点多。“社恐”的他时不时回答着亲戚朋友的询问:“在北京工作怎么样啊”“有没有谈对象”“打算什么时候结婚”……结束后,张铭足足睡了3个小时。
张铭不太喜欢春节酒桌“礼仪”,但是又想着“一年见面次数不多”“饭局里都是自己人,就算喝多了也不会怎么样”,还是选择遵循。“我和朋友喝酒就没有这么多礼数和规矩,想喝就喝,不想喝就不喝。”张铭说。
一次与亲戚聚会时,李园洁的父亲说:“长大了要懂一些人情世故,不喝酒就是不给别人面子,连朋友都交不到。”李园洁则认为:“我知道中国有流传已久的酒文化,但这并不等于酒桌文化这种‘糟粕’。”
春节期间,李园洁也会与朋友“小酌一杯”,但是大家都点到为止,绝不会强迫对方。她说:“我把自己的想法发在网上,有很多人支持,所以我更有勇气坚持自己。”
2018年,李翔到北京上大学,爷爷和他约定,等他留在北京工作,会带上奶奶一起来京旅游,还要一起喝一口地道的二锅头。
大年二十九,李翔从北京回到了老家湖南长沙。一下飞机,他就和父母一起,把准备好的年夜饭,附上一瓶从北京带来的二锅头,一并送到爷爷奶奶家门口。他们在给年夜饭外包装做消杀之后,没等老人开门便转身离开。
前不久,奶奶主动提出,今年全家不再一起吃年夜饭了。2022年7月,李翔的爷爷体检查出了癌症,他选择保守治疗,遵医嘱不再抽烟喝酒。在新冠病毒感染高峰中,两位老人严格在家自我隔离,并没有感染。但风险还在,春节并不是相聚的好时机。
自称“还算争气”的李翔,毕业后进入北京的一家国企。因为疫情,2022年,爷爷奶奶没能来北京旅游;如今回家了,他也没能和爷爷奶奶见面。
“我知道,就算我给爷爷带了二锅头,他也不会喝的。但带来这瓶酒,意味着我完成了与他的约定,意味着我们能够团聚。”和爷爷的约定,李翔始终记得。
经历了疫情煎熬,才明白亲情是多么重要
大年初二,汉宇在社交网络账号上分享了一条名为《不走亲戚的90后春节vlog》的短视频,记录宅家过年的日常:打扫卫生、喝咖啡、吃甜甜圈、追剧、安装烤箱……
可是,没有走亲访友的热闹场面。“聚在一起就是互相比较谁家孩子工作好、收入高,我只能默默听着或者放空自己。年轻人还可能各自玩手机。”
近两年,“断亲”这个词逐渐被年轻人所熟悉。南京大学社会学系副教授胡小武曾对此下定义:“断亲”主要表现为懒于、疏于、不屑同二代以内亲戚互动和交往的现象。
张一嘉也因为“走亲戚”和爸妈发生矛盾。张一嘉一直认为姥姥重男轻女:“小时候过年去姥姥家,姥姥都会挑刺,这个做得不好,那个说得不对,结论都是我没有表哥好。后来长大点了,我就找各种理由不去姥姥家。”
“但是,每次提到‘去不去姥姥家’,我妈都会当着我的面哭,骂我不孝顺,甚至好几天都不理我。”张一嘉说。
上大学那年冬天,张一嘉的姥爷去世了,但她有很重要的考试,没有赶回去参加葬礼。那年除夕,为了让妈妈开心,也为了弥补自己的愧疚,她在饭桌上主动提出去姥姥家。张一嘉的妈妈激动地在饭桌上流下了眼泪。
张一嘉说自己并不是完全不走亲戚,自己平时与堂哥堂姐接触比较多,关系也很好。但是,她拒绝用血缘和亲情来“绑架”人。
大年三十,受到冷空气影响,内蒙古呼伦贝尔最低气温降至-43℃。上午11点,23岁的王浩在寒风中寻找出租车。父母已经先行赶到老人家中,就剩他成了十几斤重年货的搬运工。
“家里的老人走了一趟‘鬼门关’,必须好好陪陪他们。”王浩96岁高龄的姥姥刚刚经历了一场生死考验。在北京学习医学专业的王浩,听说姥姥“阳了”,已做好了最坏的打算。幸运的是,由于入院及时,家人照顾周到,老人逐渐恢复了健康。
等待了半个小时,王浩终于坐上了出租车。尽管身上穿着加厚羽绒服,抗风牛仔裤外面还套着一件大棉裤,帽子、手套、围巾全副武装,他还是抵挡不住寒冷,刘海和睫毛因结冰而变得花白。不过,“只要团聚,路上的一切都是值得的”。
“在父母的时间表里,一切都已经算好”
除夕,邓斯尹与一位叔伯产生剧烈争执。这位长辈说:“现在男生都喜欢独生女或者家里两个女儿的,你这种有弟弟的最不好,还不快点结婚,免得男朋友跑了。”
邓斯尹急忙反驳,但最终她没有说服任何人,反而被批评不尊重长辈。
王晶晶是独生女,今年26岁,研究生毕业后留在北京工作。春节期间,父母为她安排了线下相亲。相亲过程中,两个人面面相觑,被王晶晶形容为“脚趾抠地般的尴尬”。
长假期间,王晶晶在家庭群里转载了一则视频,内容是一位专家告诫父母应该多多理解子女,时代不同了,女性不结婚也完全可以自己独立生活。王晶晶的妈妈回复:“这些专家简直误人子弟。”
在王晶晶眼里,老一辈结婚是因为要互相扶持帮衬家里,如果自己将来决定结婚,那一定是因为两个人在一起比一个人要快乐。
李悦颖新婚不到半年,丈夫是自己的县城老乡。春节前半个月,李悦颖提前请假回家,老公则留在西安上班。小年夜,李悦颖收到了公婆发来的消息,希望她能过去住。那天,李悦颖在公婆家吃完晚饭,还是回到自己家中。她认为,无论结婚与否,自己家永远是自己家,老公的家是老公的家。
除夕,当地有“嫁出去的女儿不能待在父母家”的习俗,她不得不在公婆家吃团圆饭。“来来往往的亲戚都不认识,还被一个劲地催着生娃,感觉很不受尊重。”
家在东北的杨天,今年选择和丈夫各自回家过年。这个决定并不符合当地传统习俗。但是,杨天与丈夫常年在外工作,只有春节假期才能见到家人,比起遵循旧习,她更想好好陪陪父母。
起初,丈夫也觉得结婚第一年没把媳妇领回家“有点没面子”,但杨天反问:“为什么是我跟你去你家过年,不是你跟我去我家过年?”丈夫便不再多言。面对亲友的疑问,杨天统一回应:“我们走在时尚前端。”
“你看你姥姥生病了,我和你舅舅还可以去照顾。所以你不能不要孩子,以后生病了就没人管你……”春节期间,读大三的范子菁几乎每天都会听到这样的话。按照父母的理想规划:先考上研究生,读研时就要谈恋爱,争取毕业后把工作和对象都稳定下来,到时候父母即将退休,还有时间帮忙照顾孩子。
“在我父母的时间表里,一切都已经算好。”范子菁的妈妈经常在手机里刷相亲群的消息。“一看到我同学有对象了,她准在第一时间告诉我。”
前几年的春节餐桌上,梁晓叶是最风光的人,因为她是全苗寨第一个女大学生。“扶贫先扶智”,这些年村里人重视子女教育。2017年,她顺利考入省城长沙的大学。
“当年有多风光,现在就有多‘落魄’。”毕业后,梁晓叶成为长沙一家公立幼儿园的教师。然而,亲戚们的话题从学业转向了婚恋:“同龄姐妹孩子都上幼儿园了,稍差一点的婚礼档期也排到后年了,你怎么还是找不到男朋友?”
“没结婚,人生就不圆满!”梁晓叶有一个30多岁还没结婚的堂姐,被全家人当成反面教材。她却不这么想:“堂姐是大学老师,有房有车,很圆满啊!”
梁晓叶并非“独身主义”,她想等到30岁再结婚。她发现,稍年长的、拥有一定资源积累的家长,能够给孩子提供更好的成长环境,“而我现在自己都养不活”。
“这个报道千万不能让老家亲戚看到,不然他们会说我带‘坏’其他人!”梁晓叶最担心的,还是亲戚们对她这个未婚青年的审视。
(应受访者要求,李园洁、张一嘉、王晶晶、李悦颖、张铭系化名)
中青报·中青网见习记者 刘胤衡 裴思童 王军利 谭思静 来源:中国青年报
(文图:赵筱尘 巫邓炎)