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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）

布局“制造+”，福建制造探寻“融合”之道******

　　眼下，“福建制造”正大有可为。从外部发展环境看，“提升制造业竞争力”今年首次写入省政府工作报告；从内部增长逻辑看，伴随宁德时代、厦门天马、九牧厨卫等行业领军企业的崛起，福建制造已经从“大而不强”的规模增长迈向了对“高精尖”的探索。

　　省两会期间，代表委员们热议如何赋能传统制造业企业转型升级，打造核心竞争力。他们认为，处于“逆水行舟”的关口，福建传统制造业必须写好“融”的文章，加快数实融合、“两业”融合、产学研融合步伐，借力新思维、探索新模式，实现更高质量的发展。

　　“制造+智造”，激活新动能

　　两会前夕，在九牧“全球首创5G智能灯塔工厂”，记者看到这里的所有生产环节和流程均实现了完全自动化和“零用工”。

　　“通过5G机器人精准抓取、5G智慧仓储物流、5G膜内视觉监控等应用，工厂生产效率提升67%，物流运输效率提升45%，整体综合效率提升37%……”省人大代表，九牧集团有限公司党委书记、董事长林孝发介绍说。

　　政府工作报告提出推动制造业“高端化、智能化、绿色化”发展。林孝发认为，推动数字经济和实体经济深度融合是实现“三化”的必由之路。“数字化转型对于制造业而言已是刻不容缓，但‘数字化’并非目的，而是降本增效、拓展新商业模式的手段。”

　　正如林孝发所言，九牧如今正以“数字化”解“用户需求”之难题。

　　近年来，九牧与华为开展智慧卫浴跨界合作，联合华为、中国电信等共同打造行业首个5G智慧产业园，率先加入鸿蒙智联生态圈。正是基于这些数字生态，企业自主研发出电解除菌水洗技术、水幕隔菌技术等“黑科技”。

　　在纺织重镇长乐，金源纺织的智能化技改项目车间，上百台纺纱设备高速运转。遍布设备的传感器，便于技术人员实时采集数据，任何瑕疵都难逃数字眼睛的“火眼金睛”。

　　省人大代表、福建金源纺织有限公司董事长郑洪认为，目前纺织行业的竞争力就是取决于装备自动化与智能化水平，“数智化实现了我们对产品优质、高产、高效、节能降耗的要求，也让纺织行业一改高耗能、高污染、高库存的传统形象”。

　　有了数字化底座，如今企业还积极布局工业互联网，搭建“云榕集”纺织化纤交易平台，推动长乐纺织企业“上云”交易、“互联”发展，从而降低企业的采购、销售成本。

　　成本上升、效率不高、品控不稳……福建传统制造业一度受困于此。如今，新一代信息技术赋能传统制造，驱动传统制造迈向价值链中高端。

　　不过，在现金流吃紧的当下，数字化的巨大投入、试错成本偏高依旧让不少中小企业陷入不敢“转”、不愿“转”的困局。

　　省政协委员、民进漳州市委会副主委林必强建议，相关部门要持续推进中小企业数字化赋能专项行动，以新一代信息技术与应用为支撑，集聚一批面向“专精特新”中小企业的数字化服务商，培育推广一批符合中小企业需求的数字化平台、系统解决方案、产品和服务，进而加速推进中小企业“上云”、上平台；同时，推动“专精特新”中小企业与行业龙头企业、科研院校在“数字化”领域的协同创新。

　　“制造+服务”，撬动新价值

　　当前，数智化转型在福建造就了一座座灯塔工厂、一个个无人车间。而基于对传统制造模式的革新，也让制造业与服务业融合发展成为可能。

　　“如今，我们与用户的互动不仅限于产品销售和保修，而是贯穿机械定制化生产、销售、运行维护、技术指导、保养、维修、报废回收等全生命周期的价值实现过程。”省人大代表、福建晋工机械有限公司主任工艺师张达斌说。

　　晋工机械是一家生产智能化挖掘机、叉装机等大型专业化工程机械的企业。近年来，企业在制造端和售后端，都建立了以用户需求为导向的定制化服务。2021年，晋工机械获评“国家级服务型制造示范企业”。

　　“通过对服务型制造的探索，满足了个性化挖掘机、叉装机用户复杂多变的需求，开拓了公司产品类型，提高了品牌竞争力，拓展了用户群体。”张达斌说。

　　形势虽好，但亦有隐忧。张达斌认为，我省企业在服务型制造领域普遍缺乏技术创新与模式创新相融合所需的高端复合型人才，应引起相关部门重视。

　　政府工作报告提出，要突出“融”，积极推动现代服务业同先进制造业、现代农业深度融合。当前，我省不少制造业企业正努力通过服务寻求业绩突破。

　　三钢集团依托旗下闽光云商公司，面向经销商推出全国钢铁行业首创供应链金融“云”服务新模式就是一个积极探索。

　　“钢铁交易作为大宗贸易的一种，资金需求很高，但钢贸商在银行侧融资不易，融资成本较高，我们通过有效盘活经销商手中的库存资源，解决他们资金紧张、融资难、融资贵的问题，促进上下游产业链的正常经营与健康发展。”省政协委员、福建三钢闽光股份有限公司副总经理郭凌欢建议，整合金属、能源、矿石、成材、水泥等产业资源，打造省级的专业交易平台，以服务为制造赋能增效。

　　“制造企业主动向服务型制造转变，不仅是打造竞争优势的内在要求，更是推动制造业走向高质量发展的必由之路。”省人大代表、福建鸿生材料科技股份有限公司董事长兼总经理何宝平对制造业与服务业融合发展感触良多。他认为，当前不少企业对服务型制造认识还不足，还停留在“基于制造的服务”阶段，亟待政府部门持续完善推动服务型制造发展的相关政策，推动形成有针对性的技术支撑体系和社会化服务体系，引导制造业企业走向“面向服务的制造”。

　　“制造+科研”，驱动新引擎

　　制造业企业的生命力在研发，核心竞争力依旧是研发。尽管如此，不少代表委员依旧认为，不是所有企业都具备能独当一面的研发能力和资金投入能力。加速产学研融合创新，驱动“制造+科研”双轮驱动的新引擎，对于突破“卡脖子”技术、培育更多“小巨人”尤为关键。

　　泉州精准机械生产的针织大圆机，国内市场占有率第一，可其中的零部件——送纱器一直依赖进口，让产品的成本居高不下。

　　“企业希望破解这一‘卡脖子’环节，就找到了我们的专家团队。最终，我们不但把这个零部件以降低一半的成本做了出来，还将原本机械式送纱器升级为智能送纱器。”采访中，省人大代表、中国科学院海西研究院泉州装备制造研究中心副主任戴厚德讲述了这个融合创新的故事。

　　戴厚德说，中科院海西研究院泉州装备制造研究中心自成立以来就始终聚焦纺织服装、新能源等领域，与当地企业共谋发展，成为不少企业的“编外”研发中心。

　　“当前，政策信息易遗漏、缺乏长期战略眼光成为国内企业在创新过程中的普遍痛点；同时，科研机构也不了解企业真正的市场需求。”戴厚德认为，“高校、科研机构只有真正‘融’入企业发展，才能破解这种‘信息差’。”

　　“科研机构既要聚焦科技成果转化的‘最初一步’，推动建立科研成果概念验证体系，又要聚焦科技成果转化的‘最后一步’，完善科技成果孵化、转化和产业化服务体系，构建起以市场需求为导向的完善的产业技术研发体系。”省人大代表、闽都创新实验室稀土纳米医用光电材料研究组高级工程师孙霞说。

　　针对当前科技创新与经济发展脱节、技术研发与产业应用割裂的情况仍然一定程度存在，省政协委员，中科院物质结构研究所研究员、博士生导师鲍红丽则建议，政府部门要鼓励并扶持企业和科研院所共建实质性技术联盟，充分整合资源，开展以需求为导向的科学研究，高效促进科技成果转化；同时，要加快建设科技产业咨询高端智库并采用市场化机制运行，系统搜集世界前沿技术和新兴产业发展信息，准确研判新一轮科技革命和产业变革趋势，提供高水平战略规划和决策咨询服务。（林侃 林蔚）

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）