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来源：佰富彩0531-08-14 17:48

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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）

来呀，欢迎你到元宇宙来旅游！******

　　拥挤的人潮、高昂的旅行成本……如果可以在元宇宙里旅行，或许就不用有这样的烦恼了！近日，在线旅行社Booking对32个国家或地区的24,179名受访者进行了调查。结果表明，元宇宙作为最新的亚加密生态系统之一，将深刻影响2023年现实世界的旅行选择，最有可能在其中尝试旅行体验的是Z世代（45%）和千禧一代（43%）。

　　除了相对成熟的视觉技术，借助触觉反馈等支持技术，用户可以足不出户即可体验沙滩和热带阳光。元宇宙旅行真的要来了，你准备好了吗？

图源：pixabay

　　元宇宙助你解锁更多旅游“姿势”

　　数字孪生建模、3D渲染、全息成像等多种技术手段为虚拟空间的旅行注入了崭新活力。从点到线，从线到面，再到立体空间，技术助力景区生成数字孪生体，甚至形成景区之间相互连接的3D数字空间网络。

　　可以从“上帝视角”欣赏山川河流的美景？

　　2022年11月，全球首个景区元宇宙平台“张家界星球”测试版在中国湖南正式发布。通过5G、UE5游戏引擎开发、云端GPU实时渲染等多种融合技术，构建了张家界景区数字孪生世界，展现大自然亿万年的鬼斧神工，让旅行者飞行于如诗如画、如梦如幻的武陵源之间。

图源：pixabay

　　居家午后就可以进入一家虚拟博物馆，感受历史长河的辉煌与沉寂？

　　巴黎国家自然历史博物馆利用微软头显HoloLens 2“复活”已灭绝物种，推出沉浸式展览，在增强现实中展现剑齿猫、渡渡鸟、象鸟等动物，为残缺或是消逝的过去进行“虚拟的修复”，传递文化的力量。运用“非线性”的叙事方式，实现主体在元宇宙中的自由切换与跳转，形成沉浸式的互动体验。

图源：微软官网

　　美国纽约大都会艺术博物馆推出约40万件虚拟展品，与热门游戏梦幻联动，通过虚拟展品二维码将藏品导入到游戏中，在不同平台和场景中转换，突破了博物馆本身的空间限制，吸引着跨领域受众的注意力。

图源：pixabay

　　足不出户就能听一场千里之外的演唱会，看一场跨越半球的时装秀？

　　早在2020年，美国说唱歌手Travis Scott就在游戏《堡垒之夜》中举办了元宇宙演唱会，同时在线玩家超过1200万。这种沉浸式虚拟演唱会通过不断强化玩家的在场感，使玩家更加清晰地感知到与其他玩家、演出嘉宾的连接与共鸣，从而大获成功。

图源：Bilibili

　　瑞典快时尚品牌H&M在任天堂游戏《动物森友会》的动物保护区中举办虚拟时装秀，发布即将推出的动物友好时装系列，宣扬该品牌的可持续发展理念。

图源：WWD

　　旅途太孤单？虚拟人物可以时刻“陪游”

　　景区旅游虚拟人物一般根据景区人文、历史、地域等特点，通过动画设计出虚拟2D或3D的人物形象。虚拟人物在景点IP的营销上独具趣味性、新鲜感，并具有粉丝经济和视频流量等方面的优势。

　　游客可以在日本请虚拟人“coh”介绍东京涩谷，也可以在德国请虚拟人“Maia”用德语介绍波恩。通过5G和XR流媒体解决方案，手机平台可以实现多人实时体验和任务下达，让虚拟人物做我们的导游。

图源：网络

　　俄罗斯莫斯科航天博物馆甚至“养”了一只可爱的3D虚拟猫作为导游服务游客。游客需要先在手机上下载一款名为“瓦西卡和小星星”的软件。进入博物馆后，游客通过扫描展品附近特殊的二维码标签便可在手机屏幕上看见3D虚拟导游猫，听它讲述每个展品的故事。

　　元宇宙为旅游虚拟人物提供了一片广阔的性格塑造沃土，人文、历史和地域属性，使人物背景更丰满，更贴近生活。2021年，中国青岛动漫节推出虚拟偶像“海萌姬”，作为该活动的形象代言人，与“动漫岛”平台签署合作协议并正式进驻，展现青岛城市特点，开拓文旅市场。

图源：人民科技

　　未来，元宇宙下的虚拟人物生活在元宇宙城市，多维数字空间都能发现她的生存轨迹。采用全新的3D渲染技术，人们与虚拟人物的互动可在真实环境下；利用互联网海量的人格脱敏数据和AI算力，虚拟人物可以实现更贴近人性的人物性格塑造，可与人们开展亲切自然的对话和行为反馈，为人们带来新鲜的异地体验。

　　游玩结束，元宇宙纪念品怎么能少？

　　2008年区块链技术的诞生，为文旅业的虚拟纪念品提供了发展条件。

　　此前，迪士尼公司CEO表示，元宇宙是迪士尼首要考虑的战略之一。除了使用“现实场景中的虚拟世界模拟器”将公园内游客的个性化3D效果，投影到附近的墙面、物体上，迪士尼还授权NFT收藏平台VeVe,发售包括《玩具总动员》《怪兽电力公司》《汽车总动员》《超人特攻队》等经典动画角色NFT。上架不到一天，54995件NFT全数售罄。

图源：pixabay

　　2021年，波罗的海航空公司发布其首批NFT，样式类似于一张明信片，描绘了一架空中客车飞机在拉脱维亚的一个小镇上空飞行。首批发布的NFT为100个，每张图片稍有区别，这些NFT在交易平台OpenSea上发布。随后，澳洲航空公司也宣布发布他们的NFT数字艺术收藏品系列，澳洲航空公司还将向其初始购买者授予澳航积分，这些积分可用于兑换机票。