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）

中德专家携手救治疑难病患******

　　中新网上海2月2日电 (记者 陈静)在新冠肺炎疫情防控中，跨国高难度医疗救治并没有间断。

　　记者2日走访国际神经外科医生集团(INC)了解到，作为世界知名颅底、脑干肿瘤和脑血管病领域专家巴特朗菲教授，2022年多次来华开展学术交流。期间，两国医学专家同台手术，在救治疑难病症患者的同时，积极推进中外神经外科之间的互动。

　　据悉，江苏省卫生支撑计划中德国际合作交流项目合作专家，2022年苏州大学附属儿童医院和巴特朗菲教授开启了第二聘期(5年)的合作。同期，苏州独墅湖医院聘请巴特朗菲教授成为该院神经外科首席顾问，以提升国际医疗服务能力，加强中外专家交流合作。据了解，未来，巴特朗菲教授将每年定期来到苏州，围绕神经外科临床复杂难题与该院医疗团队深入合作，在高精尖医疗设备的支撑下，让国内疑难脑瘤患者不出国门，就能接受顶级专家手术治疗。

　　据介绍，2022年11月份至12月份线下学术交流活动历时21天，除了参加线下及线上学术交流会议、正常的教学、病例讨论和查房外，巴特朗菲教授还主刀，为近30例疑难脑瘤患者进行手术。在示范手术中，巴特朗菲教授进行了“世界高难度”脑干-延髓手术示范教学直播。这是一例成功的脑干延髓海绵状血管瘤的全切根治性手术，挽救了一位19岁少年的生命。近7000名国内神经外科医生全程观摩、交流互动。

　　据介绍，多名接受手术的患者，其肿瘤分别位于脑干、颅底、脊髓及视神经内等位置。在国内神经外科专家的协作配合下，巴特朗菲教授最大程度切除肿瘤，且尽力完好保留患者的正常神经功能。目前，这些患者术后均恢复良好，已基本顺利出院。

　　12岁少年小宇(化名)，罹患脑干海绵状血管瘤。四处求医后，小宇妈妈均被告知手术风险巨大，手术可能导致瘫痪，包括一些其他神经的损伤；可能视神经、吞咽功能、语言...都会受损。最终他们求助巴特朗菲教授。这位专家给了他们积极接受治疗的信心。

　　2022年11月20日，在中德专家合作诊疗、密切配合之下，小宇在苏州大学附属儿童医院顺利接受。出手术室，小宇即清醒；术后第二天，孩子正常吃饭；第三天可下地行走；术后10天，小宇妈妈开心地说：“我儿子说，想要自行车。他健康了，让我给他买辆自行车！”

　　在另一台教学手术中，巴特朗菲教授主刀，从早上9点到晚上9点30分，历经12个半小时的高难度手术，这位专家从33岁郑女士(化名)的脑中，成功切除一个巨大的脑干-脊髓髓内肿瘤。据介绍，这台手术其实相当于两台手术——脑干延髓、脊柱。术后，巴特朗菲教授表示，郑女士的肿瘤起源于脑干下部，累及延髓和颅颈交界区，且向下方延伸到整个颈部脊髓以及一直到第一胸椎水平，病变累及范围近15cm，这个位置的手术稍有不慎，患者可能面临瘫痪、呼吸心跳暂停、昏迷植物人等不可挽回的结果。

　　据了解，为了更好地保护该名患者的正常神经功能并切除肿瘤，仅仅延髓、脊髓部位的肿瘤剥离，巴特朗菲教授就用了4个小时。高难度手术的成功实施，也体现了中德医疗团队的精诚协作。

　　自2023年1月8日起，新冠病毒感染“乙类乙管”优化移民管理政策措施开始实施，中外人员流动和学术交流合作正逐步恢复正常。

　　据悉，当下国内外神外科医生期待更多面对面沟通交流、切磋手术技巧的机会，以能拉进彼此的距离，增加相互了解。据透露，今年3月下旬，巴特朗菲教授还将再次来华学术交流并示范手术。

　　INC方面表示：在目前的情况下，中国神经外科医生不仅要更多“走出去”，积极出国参加学术交流，也应邀请更多国际神经外科大咖来华访问交流。

　　INC方面表示，今后将展开多场由多位世界知名专家领衔授课、国内知名医院的专家来沪参加的学术沙龙，并组织国内神经外科领域医生等赴海外进修；希望分享前沿技术成果，在深化国际间手术技术合作进程中，让中国医务工作者了解国际最新的学术动态，共同推动世界神经外科学科发展、造福更多神经外科疑难病患。(完)