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）
岛内关注大陆高校招收台生新政策******
【环球时报特约记者 张 若 余 枫】在北京大学、清华大学开放台湾学生报考硕博士班之际，大陆教育部近日又公布2023年度招收台生新政策——允许台生以台湾“学测”(“学科能力测试”，即台湾的大学升学考试)成绩报名就读大陆高校。随着大陆高校进步发展，国际影响力上升，台湾学生赴大陆求学的意愿也在增加。
可用“学测”成绩直接报名
教育部16日公布《2023年普通高等学校依据台湾地区大学入学考试学科能力测试成绩招收台湾高中毕业生办法》(以下简称《办法》)，持有台湾居民居住证或台湾居民来往大陆通行证以及在台湾居住等有效身份证明，且在当年“学测”中语文、数学、英语科目中任意一门达“均标”级以上成绩的台湾高中毕业生，都可以报名。报名时间从2023年3月1日起至3月31日止。
据《环球时报》记者查询，台湾“学测”是台湾高中毕业生升入大学的“门槛”考试，一般获得“学测”成绩后，还需参加更深入的分科考试、学校面试等筛选环节。“学测”共有5门，为语文、数学、英语、社会和自然，最后成绩取其中4门(即社会和自然选其一)。每科成绩满分为15分，成绩上分为“顶标”(超过88%的学生)、“前标”(75%)、“均标”(50%)、“后标”(25%)和“底标”(12%)，每年每科的具体成绩分布都有所不同。以2022年为例，选自然的理科生成绩分布分别为“顶标”50分、“前标”44分、“均标”34分、“后标”25分以及“底标”19分。
台湾学生填报大陆高校志愿采取平行志愿方式，每名台湾考生可填报6所学校，每校可填6个科系，并选择是否服从“专业调剂”(即分配到同所学校的其他科系就读)。考生可在报名截止前修改志愿，逾期不得修改。审核及考核期间为2023年4月1日至 5月14日，之后学校将通知考生参加考核，校方可根据需要增设笔试或面试。就录取原则部分，《办法》指出，大陆高校将根据台湾考生的“学测”成绩，并参考其中学期间学习经历、社会实践等情况，按照招生简章择优录取。
台湾学生报读意愿不断提升
台湾中时新闻网17日报道称，台湾升学咨询平台“大学问”网站执行长魏佳卉表示，大陆高校招收台湾高中生的方式在贴近台湾自己的招生方式，比如从过去一律要求第二关采取实体面试，到现在开放在线面试与书面审查，以及减少“学测”录取科目等要求，“让台生报读大陆大学更为便利”。以最新《办法》来看，如果台湾学生第一次填报志愿没有上榜，还有第二次申请机会。魏佳卉特别提到，台湾学生在大陆被录取，采取的是“外加名额”办理，录取人数有固定名额，并不会排挤到大陆本地生的就学权益。至于如今两岸关系紧张是否会影响到台湾学生报名的意愿，他表示，大陆高校近来国际排名不断攀升，把港台顶尖大学抛在身后，学校的国内外资源充沛，再加上官方不断加大对台招生力度，自然吸引台湾高中生前往报读。
一名在上海交通大学就读的台湾学生表示，他知道大陆学生能考进这些顶尖大学非常不容易，几乎都是各地状元才有机会进入名校；如今台湾学生有了到大陆就读的渠道，报名方式也很便利，因此非常吸引台湾高中毕业生。在北京工作多年的台湾青年透露，即便近年两岸关系不稳，同时还存在疫情等因素，但台湾学子到大陆读书的群体整体来看数量依旧持平，大多希望能在毕业之后留在大陆工作。
大陆国台办发言人朱凤莲早在9月曾提出数据称，近年台湾学生到大陆求学人数整体保持稳定，目前在大陆高校就读台湾学生约有1.2万人。实际上，今年对台招生已经试点过使用“学测”成绩，首次试点启用统一招生平台，北京大学、清华大学等207所学校参加，从效果来看受到台湾学生欢迎，以“学测”成绩被录取者年增率超过20%。她强调，大陆欢迎更多台湾学生来大陆就读，将为其在大陆成长成才、实现人生理想创造更好条件。
台专家忧台高校吸引不到陆生
与此同时，一些台媒担忧，陆生到台湾人数大幅减少。据台湾联合新闻网15日报道，2022学年大陆学生赴台就读数据7月发榜，根据台湾“陆生联招会”的统计，45校共录取硕博士生465名，招生率仅为31%。而根据“陆生联招会”11月22日公布的最新注册数，招生人数中仅有377人注册，相当于疫情前一年2019年总注册数量的18%，与2015年注册的4817人相比，更是仅为其8%。
联合新闻网称，台湾“中国文化大学”前教务长方元沂表示，过去台湾高等教育环境对大陆学生而言还不错，且学费便宜；但近年受两岸情势影响，且台湾学历在大陆已不一定“好用”。该校大众传播学系主任王翔郁也表示，过去台湾的求学经验对大陆学生有加分，大陆高教圈、民间公司多把负笈港澳台视为异地经验，但随着两岸局势改变，大陆学生若有其他出路，只要经济许可就会转往欧美。
(环球时报)
