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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）

低温来袭，怎样健康过冬？******

　　“一九二九不出手，三九四九冰上走。”冬至过后开始“数九”，这也意味着一年中最寒冷的时节到来了。低温天气对健康有哪些危害？哪些人群需要更多关注和保护？如何健康度过寒冬？近日，有关专家对这些问题进行了详细解答。

　　四类疾病莫大意

　　“气温骤降或低温天气可引发心脑血管相关疾病、呼吸系统相关疾病、消化系统疾病、骨关节相关疾病等。”河南省新乡医学院第三附属医院全科医学科主任医师韩清丽介绍，低温可导致患有心脑血管疾病、呼吸系统疾病等慢性病的患者病情加重，需引起特别关注。

　　“人体在低温刺激下，容易出现血管收缩、血压升高、心率加快等，严重时可能导致心肌缺血、血液黏稠度增高，诱发血栓形成，加重心脑血管疾病患者病情，甚至发生卒中、心肌梗死等严重后果。”韩清丽提醒，冬季，慢性病患者需规律服药，忌随意停药。如果有胸闷、隐痛或心慌等情况，即使发作时间很短，也要格外重视，必要时立即就诊。如突发一侧肢体麻木或无力、一侧口角歪斜或说话不清等症状，需高度警惕脑卒中，应立即到医院进行检查治疗，以免延误治疗；当出现心前区疼痛等心梗症状时，要立即拨打120送医，在医护人员未到来之前，可口含硝酸甘油片或嗅亚硝酸异戊酯，若家里备有氧气袋，应立即吸氧，切忌患者自己驾车或骑自行车到医院。

　　呼吸系统是人体与外环境接触最频繁的系统之一，极易受外界环境影响。新乡医学院第三附属医院全科医学科副主任医师刘兴霞介绍，冷空气可使鼻咽部的局部黏膜变得干燥，以致发生细小破裂，病毒、细菌容易趁虚而入，导致此时呼吸道疾病高发。

　　“如果出现了咳嗽、感冒等症状，尽量不要带病上班，多休息、多喝水有利于身体快速恢复。出门时要戴口罩，避免将病菌传播给他人。”刘兴霞建议，此时应特别注意头部、背部和脚的保暖，可适当增加室内空气湿度，室温最好保持在20摄氏度左右，注意室内外温差不要过大。

　　冬季还是胃肠道相关疾病的高发期。“低温刺激会引起毛细血管收缩，影响胃酸分泌和胃部血液循环，从而引发急性胃溃疡、胃肠炎等胃肠道疾病。”韩清丽说，冬季许多人喜欢食用辛辣食物，慢性胃病患者容易旧病复发，建议本身有胃病的人冬季饮食选择清淡、易于消化的食物，忌食生冷、辛辣、香燥、煎炸食物，少食多餐，戒除烟酒，适当参加体育锻炼，根据气温的变化及时增减衣服，防止腹部受凉，减少胃病发病机会。

　　“此外，冬天气温降低时，人体血管收缩，肌肉和韧带柔韧性较差，对关节的保护力度减弱，容易造成关节损伤及骨折。”韩清丽说，寒冷刺激还易诱发腰痛、肌肉痉挛等，有研究显示，冬季桡骨骨折的发生风险要比其他季节高出2.5倍，建议寒冷天气尽量减少出行，尤其是老年人，出行时最好有人陪伴或有辅助器具，室外尽量避开结冰的路面。

　　失温危险需警惕

　　当寒潮或低温天气来袭，应重点关注和保护哪些人群？

　　专家介绍，老年人、孕产妇、婴幼儿，心脑血管疾病、呼吸系统疾病等慢病患者以及长时间在户外工作或活动的人群，容易受到寒冷天气影响，需要特殊关注。

　　“老年人多伴随基础疾病，机体抵抗力较弱，低温或寒潮来临时，容易加重原有疾病或是诱发新的病症。”韩清丽介绍，由于老年人体力渐衰和活动能力减弱，代谢功能降低，产热相对减少，体温调节功能差，导致在低温环境或接触寒冷后很容易发生寒颤，出现身体失温，因此寒冬要特别警惕老年人发生身体失温。

　　什么是失温？韩清丽介绍，失温也称低温症、低体温症，是指人体热量流失大于热量补给，从而造成人体核心区（主要是指大脑和心、肺等维持生命的主要器官）温度降低（低于35摄氏度），并产生一系列寒颤、心肺功能衰竭等症状。如果不及时采取相关保暖措施，失温最终可能造成死亡。失温多见于老年人、孕产妇、婴幼儿和患有心脑血管疾病（如高血压、脑中风、冠心病等）、呼吸系统疾病等慢病患者以及饮酒后的人、长时间在户外工作或活动的人群等。

　　“失温与否取决于两个因素：身体产热保暖的能力与散热的速度。”刘兴霞介绍，保暖的能力关键看人们所穿的衣物尤其贴身衣物是否潮湿。通常失温在极寒冷天气下发生，但如果淋雨或在潮湿环境下衣物被冷水浸透，失温也可能在4—5摄氏度的天气情况下发生。预防失温主要从湿、冷、风三方面入手——要注意保暖，做好相应的防风防护措施，注意休息，及时补充热量、更换湿衣服，避免长时间处于低温环境中。

　　刘兴霞介绍，身体失温发生时，成人可能出现寒战、虚脱、记忆丧失、言语不清、有睡意等，婴幼儿则会出现皮肤鲜红、发冷等。如果发现这些信号中的任何一个，应及时测体温，如果体温低于35摄氏度，要立即就医。当不能马上获得医疗救治时，可以采取以下方法升高体温：进入温暖房间或住所，及时脱掉潮湿的衣服，采取相应措施温暖身体核心区域（胸部、颈部、头部和腹股沟），服用热饮料（不要给意识不清的人服用，也不能服用含酒精的饮料），帮助提高体温。情况缓解后，需尽快就医。

　　低温烫伤别小觑

　　寒冬时节，不少人通过暖宝宝、热水袋等取暖时发生低温烫伤。低温为何也会导致烫伤？

　　“日常生活中大家所理解的烫伤，多见于因高温液体、蒸汽、明火等高温损伤引起，属于高温烫伤。随着生活条件的改善，看似温和的低温烫伤越来越常见。”韩清丽介绍，当皮肤接触44摄氏度的热源持续6小时会造成烫伤，这种烫伤就叫“低温烫伤”，即身体长时间接触低热物体所引起的慢性烫伤。能够导致低温烫伤的温度一般在44—51摄氏度，多由于使用不当造成，如同一部位接触时间过长、同时使用两种及两种以上取暖设备等。如果低温热源持续作用，机体组织长时间受热源的烘烤，会引起真皮深层及皮下各层组织烫伤，严重的甚至会造成深部组织坏死。

　　“一般来说，低温烫伤表面看起来烫伤面积不大，但创面往往比较深，严重者甚至会造成深部组织坏死，有的可深达骨质。如果处理不当，严重的会发生溃烂，长时间都无法愈合。这种损伤程度远比一杯开水直接浇在皮肤表皮要严重得多。”刘兴霞提醒，一旦发生低温烫伤，可先用凉毛巾冷敷或凉水冲一下烫伤处，达到降温的目的，然后及时就医，千万不要用酱油或牙膏涂抹烫伤处，以免引起烫伤处感染。

　　专家介绍，低温烫伤多发于婴幼儿、老年人，尤其是合并有糖尿病、脑卒中后遗症患者以及长期卧床者。使用取暖设备时要严格按照说明书操作，例如使用热水袋时，不要直接接触皮肤，可在其外面裹上一层毛巾之类的物品；如果用电暖宝暖被窝，入睡前最好取出，注意避免水流到电源插口内，以防电路短路，也不要边充电边取暖，以防触电；使用电热毯时，睡前一两小时打开电热毯，睡觉时关闭电源，不要整晚开着电热毯睡觉，同时避免温度设置过高，注意电热毯的使用期限，建议5年更换一次；使用暖宝宝时，严禁直接贴在皮肤上，以免烫伤，每隔1小时检查一次，如发现红斑或其他不适，要立即停止使用。

　　冬季养生正当时

　　“传统医学认为自然界有‘春生、夏长、秋收、冬藏’的规律，人也应该顺应四季冷暖变化的规律和特点来养生。”韩清丽建议，结合自身实际情况，可以从以下几个方面进行养生保健——

　　环境温度适宜：除暖气外，在家里可使用空调、电暖风等设备取暖，将室温维持在18—25摄氏度左右。建议每天开窗通风3次，每次不少于15分钟，以维持室内空气的新鲜。

　　重点部位保暖：冬天要根据情况适当增加衣物，穿衣不能太紧、太多，以免呼吸不畅、行动不便，宽松保暖即可。需要注意的是，头部、手部、脚部是需要重点保暖的部位，出门戴好帽子、围巾、手套、口罩等。寒从脚起，保暖先暖脚，回家可多泡脚，每天步行半小时以上。

　　科学合理膳食：膳食总体营养均衡，多食新鲜蔬果。适当吃一些产热量高和营养丰富的食物，如瘦肉、鸡、鱼、乳类及豆制品，少吃油腻食物，戒烟限酒。

　　坚持适当运动：冬天可在室内进行一些简单运动，如散步、慢跑、八段锦等。不建议晨练，锻炼时间尽量选在日落以后，此时气温适宜，适合锻炼。有高血压、冠心病等基础疾病人群要注意运动时间，如心脑血管患者的危险时间多在早上6—10点，高血压患者的晨晕现象也出现在清晨6点左右，这些人可于傍晚适当运动。

　　稳定愉悦情绪：生活中充满喜怒哀乐，但极度愤怒或紧张等都可能诱发心肌梗死和脑卒中，要尽量保持乐观愉快的心情，切忌忧郁、悲伤、恐惧和受惊等。(王美华)

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）