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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）

智慧城市建设加速释放数据要素红利******

　　智慧城市是数字经济的重要载体，其核心目标在于实现兴业、善政、利民。近年来，随着大数据、AI、云计算、物联网等技术日趋成熟，我国的智慧城市建设进入了高速发展阶段，形成了多个智慧城市群。

　　政府牵头

　　做好智慧城市“顶层设计”

　　政策扶持对于智慧城市建设推进的意义重大，国家“十四五”规划提出以数字化助推城乡发展和治理模式创新。今年的政府工作报告明确指出，要建设数字信息基础设施，推进5G规模化应用，促进产业数字化转型，发展智慧城市、数字乡村。

　　2021年9月，北京城市副中心政务服务中心正式投入运行。该中心推进政务服务与5G、区块链、大数据、物联网、人工智能等技术的融合创新，配备了50多台智能政务终端设备，通过“云窗口”系统建设，以位于六里桥的北京市政务服务中心为审批总后台，打造“数据共享、信息复用、远程交互”三位一体的新模式，实现群众和企业从办事预约申报、咨询导服、受理审批，到结果反馈等服务全流程的“智能无感”新体验。

　　北京城市副中心政务服务中心相关负责人介绍，数字技术正广泛应用到现有政务服务场景中，办事人通过智能终端或综合窗口可完成1993个市级事项全流程异地办理，形成了“东西呼应、双子联动”的服务新格局，具有首都特色、智能高效、暖心贴心的政务服务新模式正在赋能北京城市副中心，使得营商环境不断优化、经济发展再添“翼”。

　　浙江省衢州市将“城市数据大脑”作为未来衢州政府数字化转型的主抓手，通过科学利用城市数据资源、算法资源、算力资源，统筹优化城市公共资源，实时补齐城市运行短板，实现“全城渗透、全层嵌入、全产业感知、全域脉动”，持续驱动数据产业创新、数据治理赋能、数据服务优化，为推动市域治理体系和治理能力现代化建设提供有力支撑。

　　衢州市副市长田俊表示：“通过‘城市大脑’的建设，给基层治理赋能，贯通了省市县‘一网通管’，在市场监管、应急响应、生态环保、群众文化生活建设领域实现了系统性打通。通过数字化消除传统体制障碍，形成合力，职能的下沉使基层治理达到‘最优解’。”

　　企业参与

　　智慧城市项目“遍地开花”

　　数据是数字经济时代重要的生产要素，如何进行安全、高效的数据交易是激活数字经济发展潜力的重要课题。中国信息通信研究院工业互联网与物联网研究所所长金键指出，智慧城市建设的重心在于充分发挥数据要素的作用和价值，将处在不同部门、不同行业、不同系统间的海量异构数据融合与共享。

　　作为数据和数字经济大省，广东省正在积极探索行之有效的数据交易模式。目前，广东省重点打造新型数据交易所，为市场提供安全可控的流通交易平台。

　　在政府的积极推动下，广东省各类中小企业、创新型初创企业、服务创新企业积极将自身的数据、服务、资产，以及算力资源等产品投入市场交易。数据交易所采用“一所、多基地、多平台”架构运营，引入央企控股及省区市龙头国企优势资源共同建设，将围绕数据交易服务、数据资产管理及增值、数据应用服务、金融衍生工具、数据企业孵化等业务打造多平台，充分发挥市场在资源配置中的决定性作用，加快释放数据红利。

　　随着政府关于加快智慧城市建设的政策不断出台，政策红利持续释放。各地的高科技企业纷纷响应政府号召，投身智慧城市建设新赛道。与此同时，传统企业也在积极探索“智慧转型”之路，为市场注入新活力。

　　浙江省宁波市正推动数字经济赋能传统城市管理改革。北仑区作为宁波市的“老港区”，城市环境卫生治理工作负担较重。北仑区通过引入具有数字化平台开发能力的国内大型环卫企业——中环洁集团股份有限公司，实现了优化体制机制整体布局，完成了传统环卫部门的“数字化”和“智能化”转型。

　　企业数字化平台数据接入政府数字管理平台，实现了“政企联动”“一网统管”模式，让“数字城市”发展具备更多潜力，让创新的城市管理与智慧城市发展有了更多的“适配性”，这样的运营模式为城市带来了新活力。

　　探索未来

　　智慧城市发展前景广阔

　　根据IDC《全球智慧城市支出指南》，2021年中国智慧城市的IT总体投资达259亿美元，年增长率15%。近年来，各地逐步加大智慧城市建设的投入力度，智慧城市发展前景广阔。

　　中国国际经济交流中心首席研究员张燕生指出，要探索如何将城市治理和数字经济有效结合起来，提升城市管理整体水平，以及探索数字经济赋能如何提升全要素生产率，让技术进步推动生产力的提升。

　　中国社科院中国城市发展研究会副理事长贺可嘉认为，下一步，智慧城市建设应该与大数据、云计算、区块链、人工智能等技术进行深度融合。从政府角度看，政府可能将逐渐主导在物理空间推动城市的智慧化工作，在元宇宙空间推动孪生智慧城市的建设工作，完成线上线下双城市的发展实践。线下智慧空间建设将打破环保、能源与机械智能化等传统科学壁垒，全方位改善城市生活环境。线上孪生城市的智慧空间将打破时间与空间束缚，让居民分享到更具层次的互动体验。

　　在金键看来，智慧城市建设应以促进数据要素流动为核心，从新型基础设施建设、综合服务能力提升、典型应用打造三个方面形成政府和企业共同参与的多元投资和协同联动模式。充分发挥科技巨头的技术创新能力，联合打造综合服务平台，帮助传统企业和中小企业实现数字化转型。

　　根据中国智慧城市工作委员会数据，2022年，我国智慧城市市场规模将达到25万亿元。随着智慧城市建设水平的不断提高，未来将有越来越多的城市实现“智能化”，从而让更多的人都能感知数字技术带来的变革、享受数字经济发展带来的红利。（经济参考报记者 孙广见 杨柳 郝菁）

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）