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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）

郑州：绿色建筑高质量发展的新实践******

　　作者：张学民

　　空中花园，屋顶绿化，墙面植被，管道直饮水入户，夏天小区自动控温会人工降雨，融雪系统会自动融雪小区路面，立体生态建筑，低碳节能材料......

　　这是位于郑州市高新区国资平台公司开发的一个片区项目。

　　这样的绿色建筑以往经常会出现在各种网络视频中，它是很多人梦寐以求的居住环境，如今这种充满高科技且宜居环保美丽的绿色建筑在郑州逐渐变为现实，以一种全新生态居住方式，开启了河南垂直立体空中庭院时代，为居住产品带来开创性的革新。

　　截至目前，郑州市绿色建筑面积已达12038.67万平方米，获得绿色建筑评价标识项目共206个，建筑面积2937.66万平方米，占全省绿建标识面积的近一半，市政府共发放绿建标识项目奖补资金3600多万元。

　　近几年来，郑州市绿色建筑的推广工作取得了突出的成绩，这充分得益于市委、市政府的高度重视和强力推进。

　　党的十八大将生态文明建设纳入中国特色社会主义事业“五位一体”总体布局，美丽中国成为执政新理念。此后，绿色经济被屡屡提及。

　　郑州市委、市政府认识到，建筑业作为最关乎国计民生的领域之一，在生态中国建设中承担着重大的历史使命，大力发展绿色建筑、建设优美人居环境，全面提升人民群众的获得感及幸福感，是建设领域统筹兼顾“生态文明”思想的最佳路径，具有重大而长远的战略意义。

　　思路明确，思想统一。郑州市十年来牢牢抓住绿色建筑这个牛鼻子，在房地产市场做出了高质量发展的新探索。

立体生态创新建筑城市立面效果图

　　一、加快制定绿色建筑政策，加强指导，不断完善。

　　为落实国家和省绿色建筑政策，郑州市2014年就出台了《郑州市人民政府办公厅关于执行绿色建筑标准的通知》，要求当年12月起，全市范围内单体建筑面积超过2万平方米的大型公共建筑、新立项政府投资的公益性建筑、保障性住房应按绿色建筑标准进行规划、设计、建设和运营管理。其中政府投资的公益性建筑必须达到二星级及以上标准，并对获得二星级、三星级运行标识的绿色建筑进行奖补，在全省地级市中第一个对大型公建等建筑提出绿色建筑要求。2017年郑州市政府又印发了文件，强调了“全面执行”绿色建筑标准。制定、细化了奖补政策，并要求从当年12月起，市城市规划区范围内新建民用建筑（个人自建房除外）全面执行绿色建筑标准，此项工作开展在全国城市中处于前列。为了更加有效地推进绿色建筑高质量发展，贯彻绿色发展理念，规范绿色建筑活动，改善人居环境，促进建筑产业转型升级，提高城乡生态宜居水平，2020年郑州市又印发了《绿色建筑创建行动实施方案》。特别是在2022年6月，郑州市政府在《关于促进房地产业良性循环和健康发展的通知》中特别强调：要提高商品房的品质，落实《河南省绿色建筑条例》，严格高容积率、低绿地率项目审批程序，对低容积率、高绿地率、环保节能和立体生态建筑予以政策支持，对销售限价给予一定比例的上浮，逐步增加高品质住宅供应量，并提高了对绿色建筑的奖励标准，单个项目最高奖达到300万元。一系列政策措施的出台，有力的保证了绿色建筑的健康快速发展。

　　二、对绿色建筑工作闭合管理，狠抓制度落实，强化监督力度。

　　郑州市政府职能部门强化对绿建工作实行闭合管理，将绿色建筑监管贯穿于工程建设全过程，突出绿色建筑审批环节、建设环节、施工环节和验收环节。通过严把方案阶段和施工图阶段设计审查关，从而达到绿色建筑设计过程控制目的。他们还抓好对建设项目全过程的监管，严把施工过程关，做到绿色建筑专项检查常态化。对没有进行绿色建筑专项验收的工程，建设单位不得组织竣工验收，建设行政管理部门不得进行竣工验收备案。对不按照绿色建筑或建筑节能规定进行设计、施工的项目, 不得参与建设科技进步 (绿色建筑创新)奖、市新技术示范工程奖、市绿色示范工程奖、市优质结构 (结构商鼎杯)工程及 “商鼎杯”等各类优质工程奖项的评选。

　　在绿色建筑标识评价工作中，严格落实国家、省相关法规制度，严密组织标识评价，规范评价程序，保证绿建标识评价全过程的公平、公正、公开。建立绿建评价标识项目管理台账，强化对绿色建筑评价标识管理，以及标识项目实施情况的事中事后监管，确保整个过程的制度化、科学化、规范化。

　　三、大力推进绿色科研项目研发，切实做好技术保障。

　　依托城市建设科技发展基金平台，郑州市城乡建设局每年会从公开征集到的城建科研项目中评选一批有科研价值的项目进行立项，并发放奖励资金，其中有不少绿色建筑、建筑节能、装配式建筑、超低能耗等方面的科研项目。通过对立项的城建科研项目调研与反馈来看，大量科技成果在已实施的工程项目中取得丰厚的直接经济效益和生态效益，有力推动了郑州市绿色建筑的发展，为加快郑州国家中心城市建设做出了应有的贡献。

立体生态创新建筑庭院房效果图

　　四、多措并举，加大宣传绿色建筑理念，加快绿色知识培训。

　　郑州市每年都会利用节能宣传月、低碳日等活动，通过悬挂标语、发放宣传资料、有奖问答等方式，走进社区、广场、工地、学校等场所，对绿色建筑相关内容和知识进行宣传普及，提高民众对绿色建筑的认知度和接受度，让绿色建筑的观念深入人心，树立起节约节能、绿色生活与低碳环保的生活理念。郑州市目前已经投入使用的奥林匹克体育中心、金茂府、五方科技馆、海马商务中心等绿色建筑，从运营效果上向公众展示了绿色建筑的魅力，起到了很好的宣传效果。

　　同时他们制定绿色建筑培训计划,对全市规划、设计、审查机构、施工、监理、质监、物业以及绿色建筑咨询等单位人员进行专题培训,将绿色建筑知识作为相关专业技术人员继续教育的重要内容,提供绿色建筑全过程咨询服务，培育一批高素质的绿色建筑技术和管理人才。

　　五、大力加强绿色建材技术产品推广。

　　郑州市积极推广绿色建材，制定支持绿色建材企业和采用绿色建材项目的政策措施，建立绿色建材采信数据库，支持星级绿色建筑、政府投资性项目、重点工程和装配式建筑等优先采用绿色建材产品。

　　推动建筑节能与保温结构一体化技术体系和材料规模发展,建筑施工应当使用预拌砂浆、高性能混凝土、高强度建筑结构钢材,推广应用满足节能需要的新型墙体材料、节能标识门窗等,鼓励优先使用获得评价标识的绿色建材。积极推进绿色施工。加大文明施工监管力度,严查各类违法违规行为,以绿色施工带动文明施工,培育能起到引领作用的示范工地,特别是申报二星级 (含二星级)以上绿色建筑的项目, 以点带面,推动绿色建筑发展。推动可再生能源应用。推动太阳能建筑光热一体化、地热能等可再生能源建筑规模化应用，采用可持续的节能环保新能源，引导居住建筑公共服务设施配置。

立体生态创新建筑庭院实景图

　　10年来，郑州市绿色建筑的发展，成绩斐然，助力了建筑业碳达峰和碳中和，为国家中心城市建设做出了大的贡献。市政府的重视程度及推行力度是极大的，因为立体生态创新建筑确实是未来建筑业发展的方向，房地产行业结合未来立体生态创新建筑，进行住宅产品的革新，不仅是方向，更是当前市场环境下的必然之选。当然郑州市的绿色建设还存在着绿色建筑理念还未完全深入人心、绿色建筑品质需要进一步提升等方面不足，这些需要在未来的发展中进一步优化改进。（作者系郑州高新建设集团有限公司副总经理）

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）