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）

安全滑雪知多少？20条守则须记牢******

　　日前，国家体育总局公布了第一批高危险性体育赛事活动目录，滑雪赛事位列其中。国际滑雪联合会此前也公布过《十大安全准则》，提示滑雪爱好者遵守规则，安全滑雪。滑雪作为一项高危险性运动，无论是初学者还是资深雪友，都要把安全意识放在第一位。

　　滑雪前需要做好哪些防护，滑雪中如何避免发生碰撞、出现伤病如何救治，滑雪后如何快速恢复？带着这些问题，新京报记者专访郭丹丹、方森、倪守军、连文志等滑雪专家和运动医学专家，详解滑雪过程中需要注意的相关事项，在安全的前提下享受滑雪运动带来的乐趣。

　　滑雪前

　　严禁酒后滑雪

　　所有的滑雪场安全提示中，都有一条“严禁酒后滑雪”。方森表示，滑雪需要很好的平衡能力，滑雪之前千万不要喝酒。同时，患有心脏病、高血压等基础病的群体也不建议滑雪，“一旦出现意外，小的雪场还好，巡逻员可能会及时发现。如果在较大的雪场，很难第一时间被发现。”

　　了解雪场环境

　　滑雪前一定要了解滑雪场的雪道环境，认真阅读雪场安全提示，准确掌握各条雪道的坡度、长度和难度，根据自身水平选择合适的雪道，更不要滑出滑雪场界线。“不要盲目尝试超出能力范围的更高级的雪道，否则就等于把自己和他人置于危险的境地。”倪守军说。

　　方森介绍，每到一个陌生的雪场时，他会找一个熟悉环境的朋友或教练当向导，尽快了解雪场周围的环境。特别是滑野雪，一棵树看上去只露个尖，但底下可能就是个几米深的大坑。

　　装备心中有数

　　滑雪服、头盔、雪镜、雪板、雪杖、雪鞋这些装备都可以在滑雪场租到，手套、帽子、护脸等防护用品也要准备好。郭丹丹表示，装备准备齐全，到了雪场不至于手忙脚乱，也会省去很多时间。否则滑雪前一通忙活，人会烦躁，体验感也不好。

　　护肤不可忽视

　　滑雪虽然是一个冬季项目，但对防晒有很高的要求。方森介绍，因为长时间在雪场，滑雪教练脸上通常都会出现“熊猫脸”，大家在滑雪前一定要涂抹防晒霜、戴上护脸，保护好皮肤。

　　热身微微出汗

　　雪场气温低，滑雪前要进行充分热身，激活身体肌肉，防止滑雪时摔倒受伤。连文志介绍，穿上雪鞋前可以进行一些深蹲或者原地小碎步跑训练，心率达到100左右或者感觉后背微微出汗即可。

　　新手请个教练

　　滑雪不是一个容易上手的项目，新手最好在教练的指导下进行。郭丹丹指出，如果条件允许，一定要请个教练，看上去是多了一份开销，但非常有必要，“有时候这些技术就像窗户纸，一捅就破。而且你学会了以后，也会变身一个小教练去教其他朋友。”

　　滑雪中

　　“超车”留足空间

　　滑雪过程中处处要牢记安全意识，不要撞到别人，也不要被别人撞到。同时，选择在合适的雪道滑行，注意避让一些障碍物，减少不安全的因素。方森介绍，滑行过程中如果想要超越其他人，一定要留出足够的空间。前方滑雪者有雪道使用的优先权，发生碰撞责任在后方滑雪者。

　　摔倒时扔雪杖

　　滑雪是一项“摔”出来的运动，滑雪过程中摔倒在所难免，但一定要学会如何正确地摔倒以及起身。倪守军介绍，双板选手摔倒时要扔掉雪杖，双手抱在胸前向雪板一侧倾斜倒下；单板选手可以向后蹲坐下去或者往前扑倒，一定注意避免头部、手腕、肩部跟地面直接发生碰撞。

　　摔倒后要避让

　　如今滑雪爱好者越来越多，各大雪场节假日人流更是趋于饱和。雪圈有句俗话“不怕摔、就怕撞”。初学者如果在雪道上摔倒，应尽快脱板起身让开雪道，到雪道两侧或是不影响他人滑行的地方重新穿好雪板，防止被撞伤。

　　切记不要扎堆

　　初学者往往是三五好友一同来到雪场，切记不要扎堆滑行，要保持一定的安全距离，否则很容易发生碰撞。方森介绍，摔倒时通常伤情都不太严重，比较严重的多是被人撞伤。如发现前方有雪友摔倒应及时避开，实在来不及时可以主动摔倒，避免对他人造成二次伤害。

　　坐魔毯勿打闹

　　在雪场乘坐魔毯(初、中级雪道的交通方式，也叫雪场电梯)时，一定要注意力集中，这同时关系到身边雪友们的安全。方森介绍，双板爱好者乘坐魔毯时，一定要让雪板处在平行状态，雪板不要交叉。在魔毯上不要跟同伴打闹，身体也不要有多余动作，很多时候都是在猛一回头时摔倒的。一旦发生意外，工作人员会第一时间停止魔毯运行，这也有可能造成更多人摔倒。技术好的单板爱好者可以单脚滑行至魔毯，如果是初学者则建议把雪板脱下来抱着，这样相对安全一点。

　　累了就要休息

　　方森强调，滑雪时感觉到累了，就一定要休息，很多事故往往都出现在最后一趟滑行中。人一旦疲劳，身体便心有余而力不足。脑子里想着一个动作，但腿上使不出劲了。这时候如果再坚持继续滑雪，很容易出现事故。

　　骨折及时固定

　　滑雪最容易损伤的部位是膝关节，其中前交叉韧带、内侧副韧带和半月板损伤最为常见，再严重一点可能会出现骨折。连文志表示，如果出现膝关节骨折情况，一定要及时固定，否则容易穿破动脉神经，引起严重的并发症。可以把雪杖或雪板当作支架把膝关节保护起来，然后转移到一个安全的地方，等待救护人员到达。

　　肩伤立即停滑

　　除了膝关节，肩关节也是滑雪过程中容易受伤的部位。一旦出现肩关节脱位等情况，要联系医护人员或直接去医院，不要自行复位。连文志强调，肩部出现伤病后，一定不要再继续滑雪，此时身体平衡受到破坏，滑行过程中很容易摔倒，出现二次受伤的情况。

　　头受伤禁喝水

　　滑雪中尽管佩戴了头盔，但仍有可能出现脑外伤情况。连文志强调，出现颅脑受伤时，一定不要吃东西，也不要喝水，等待医生救治，“这时候喝水，可能会因为呛咳引起肺炎，医学上叫吸入性肺炎，是非常危险的。”

　　雪板可当担架

　　与双板不同，单板滑雪摔倒时多是臀部、背部着地，严重时会出现腰椎骨折、尾椎骨折等。一旦摔倒后出现腰部疼痛，或者下肢活动受限、下肢活动障碍等情况，有可能是发生了腰椎骨折。这时候的救治非常重要，可将雪板脱下充当担架，伤者一定不要再起身，也不要做弯腰、扭腰等动作，等待医生救治。

　　滑雪后

　　排酸缓解疲劳

　　连文志介绍，滑雪结束后，要及时进行拉伸活动，尽快将肌肉中的乳酸排出，减轻第二天肢体酸痛感。如果不做拉伸活动，肢体酸痛情况可能会持续3至5天。除了拉伸，滑雪后也可使用筋膜枪对肌肉适当按摩，缓解疲劳。

　　适当补充能量

　　由于是一项室外低温项目，滑雪后要适当补充热水。方森介绍，滑雪过程中会消耗大量热量，大家可以备点牛肉干或巧克力快速补充热量。另外，泡温泉也是一种运动后很好的放松方式。日本的很多雪场都配套有温泉，滑雪后泡泡温泉可以及时放松身体。

　　及时更换内衣

　　滑雪过程中容易出汗，滑雪后要及时更换内衣，预防感冒。注意滑雪时不要穿棉质的贴身内衣，不易排汗。

　　注重日常锻炼

　　滑雪是一项高强度运动，非雪季时也要适当锻炼身体，良好的肌肉力量可以保证运动时的灵敏性，肌肉力量不强的人容易产生疲劳，增加运动损伤风险。连文志称，跑步、自行车等都是不错的健身方式，平板支撑、俯卧撑等也能很好锻炼腰背部核心肌力。肌肉力量好了，滑雪过程中就不容易摔倒和受伤。