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)
高质量发展,中国智库交出“成长答卷”******
【会场直击】
高质量发展,中国智库交出“成长答卷”
——从“2022新型智库治理论坛”看年度智库建设
光明日报记者 张胜 苏雁 王美莹
编者按
党的二十大报告阐述了中国式现代化的中国特色和本质要求等重大问题,擘画了以中国式现代化全面推进中华民族伟大复兴的宏伟蓝图。在全面建设社会主义现代化国家开局起步的关键时期,如何着力打造一批具有重要决策影响力、社会影响力、国际影响力的新型智库,为推进国家治理体系和治理能力现代化、推动经济社会高质量发展、提升国家软实力提供支撑?
在近日举行的“2022新型智库治理论坛”上,各级各类智库代表盘点建设经验、交流研究成果,共探新型智库在中国式现代化中的新担当新作为。
603份智库研究成果、141个智库建设案例,包括中国智库索引(CTTI)来源机构在内的372家智库交出沉甸甸的年末成绩单;1个主论坛、8个平行分论坛、700余位专家学者,线上线下的交流持续全天,精彩不断……12月17日,在由南京大学与江苏省社会科学院共同主办,南京大学中国智库研究与评价中心承办的“2022新型智库治理论坛”上,围绕“学习贯彻党的二十大精神,提升新型智库咨政服务能力”这一主题,众多智库专家展开探讨:新征程上,新型智库应如何答好中国之问、世界之问、人民之问、时代之问?
论坛现场。佘治骏摄/光明图片
服务发展:新型智库的“中国气派”和独特魅力
增补中国智库索引(CTTI)来源智库新成员,是论坛的一个重要环节。
86家增补智库覆盖38个研究领域,专兼职研究人员共计3300余人,出版专著900余本,发表研究成果万余篇……“本年度增补工作在以往入围标准基础上细化了评审指标,限定收录建设时间不低于3年、发挥实际作用、产生较大影响力、具有较高能见度的新型智库。”南京大学特聘教授、教育部社会科学委员会委员叶继元介绍。
“这10年,中国特色新型智库建设取得长足进步,在服务国家重大战略和经济社会发展上作出了重要贡献。”南京大学党委常务副书记杨忠说,在党和国家的高度重视、在各级智库主管部门的关心关怀下,中国特色新型智库治理体系日臻完善,咨政服务能力显著提升。
线上参会的山东大学生活质量与公共政策研究中心主任邢占军第一时间在微信朋友圈分享了中心入选CTTI的消息。
“我们将充分利用山东大学相关学科资源,在科研团队建设、人才发展和项目成果创新等方面继续努力,力争建成我国生活质量与公共政策研究领域的学术重镇和重要智库平台。”邢占军说。
在南京大学中国智库研究与评价中心主任、首席专家李刚看来,服务发展、服务人民,是新型智库最鲜明的“中国气派”。他为此带领课题组展开调研,并将成果写成新著《推动智库建设健康发展研究》,在论坛上与大家分享。
“我们以自主设计的智库学术体系为框架,对我国新型智库建设的基本范畴、发展格局、研究与评价等进行了多维度考察。”据介绍,课题组先后前往北京、上海、山东、天津、江西等省市的30余家智库开展实地调研,广泛收集上千项智库研究成果、建设案例以及900多家智库的结构化数据,力求全方位展现中国智库的独特风采。
论坛上,中国人民大学重阳金融研究院执行院长王文以“调研俄罗斯21个城市归来看智库与国际传播”为主题,从比较研究的视角,总结出中国智库开展国际传播的新探索新模式:官方委托+大学指导+学者领衔+深度调访+精准传播+即时成效。
“我国智库应走出国门、走向世界,深入准确了解世界各国的实际情况,回答好‘世界怎么了’‘人类向何处去’的时代之题,在坚定维护世界和平与发展中谋求自身发展,又以自身发展更好维护世界和平与稳定。”他说。
天津市社会科学界联合会智库工作部部长江立云认为,智库的“中国气派”和独特魅力离不开扎根基层、服务实践的“真功夫、硬本领”。
“近年来,天津市在社科界持续推进‘千名学者服务基层’大调研活动,大批智库学者走出书斋、深入基层,在丰富的生产实践中汲取群众智慧,强化了‘智力报国’的真功夫。”他介绍。
“智库提升咨政服务能力,必须处理好五对关系。”江苏省社会科学院马克思主义研究所所长孙肖远表示:“一是坚持人民至上,处理好政绩‘显’和‘潜’的关系,把为政的显绩、潜绩与人民的眼前利益、长远利益统一起来;二是坚持自信自立,处理好‘内’与‘外’的关系,实现立足自身与借鉴外来相得益彰;三是坚持守正创新,处理好‘守’和‘创’的关系,做到继承与发展、原则性与创造性辩证统一;四是坚持问题导向,处理好‘存’和‘增’的关系,一切从实际出发,增强工作主动性针对性;五是坚持系统观念,处理好‘点’和‘面’的关系,注重重点突破和整体推进相统一。”
突出特色:高校智库形象整体凸显
作为我国哲学社会科学“五路大军”中的重要力量,高校在智库建设方面同样优势突出,且体现出日益明晰的专业性、特色化。
“从数量看,高校智库在中国智库索引(CTTI)中占据半壁江山。从研究领域看,国际关系与外交政策、国家重大战略、安全政策、教育发展……高校智库依托突出的学科资源、强大的人才优势,聚焦重大研究议题。”李刚结合论坛成果介绍。
在交流研讨中,多家高校智库负责人分享了自身经验与体悟。
“伴随着中国走向世界舞台中央,近年来武汉大学举全校之力建设国家高端智库,以国家需求为圆心,大力培养涉外法治高端人才,实现学术研究、人才培养、智库建设协同发展。”武汉大学国际法治研究院院长肖永平表示。
西南政法大学总体国家安全观研究院副院长佘杰新介绍,学校以全国首批国家安全学一级学科博士授权点为依托成立该智库,锚定国家安全思想理论、国家安全法治、非传统安全治理三个特色研究方向。“我们注重理论研究和智库建设协同增效,积极助推国家安全学一级学科建设,并以其为地基立柱架梁,智库建设的学科基础越来越坚实。”
在中国劳动关系学院劳动关系与工会研究院院长燕晓飞看来,智库特色的不断彰显,源自清醒认知和明确定位。“作为中华全国总工会直属的唯一一所普通高校,‘劳动+’‘工会+’是我们的办学特色和优势学科,我们会聚焦服务领域,为构建和谐稳定劳动关系、推动工会工作高质量发展建言献策。”
“高校智库应主动回应国家‘强起来’的战略需求,切实做到方向明、主义真,在战略性、前瞻性上发力,以拿得出的拳头产品和叫得响的智库品牌更好发挥作用。”吉林大学社会科学研究院副院长孙贺认为。
着眼未来:为中国式现代化凝聚更多力量
在上午进行的主论坛、下午举行的8个平行分论坛上,党的二十大精神学习贯彻都是与会者讨论的重中之重,结合智库特性与职责,“中国式现代化”“全面建设社会主义现代化国家”等关键议题引发热烈讨论。
“党的二十大明确了新时代新征程中国共产党的使命任务。面对新形势新要求,迫切需要各类智库拓宽视野、找准定位,深入思考、科学谋划,加强合作与交流,以更高的标准、更务实的态度推进自身建设,为党和国家事业发展贡献聪明才智。”江苏省社会科学院党委书记、院长夏锦文认为,要在领悟党的创新理论中厚植学术根基,在服务发展大局中提升决策咨询等能力。
山东社会科学院党委书记、院长袁红英认为,中国式现代化实践呼唤中国特色新型智库新作为,要求智库更加注重前瞻性战略性研究、更加注重原创性引领性研究、更加注重交叉性融合性研究、更加注重储备性应急性研究,深刻认识新实践提出的新课题,回答好中国之问、世界之问、人民之问、时代之问。
随着数字时代的来临,数据驱动给传统社会科学研究领域带来了研究方法与范式革命,也为中国特色新型智库建设带来新机遇。
山东大学县域发展研究院副院长段昊认为,应顺应数字化发展大趋势,加快转变传统智库研究思维模式,推进新型智库研究范式转型与变革。
南京大学人文社科大数据研究院院长孙建军以“信息链驱动的智库研究与智慧决策支持”为主题,指出:激增的非结构化数据如何能被有效分析仍是我国智库研究面临的重要问题;从专家洞察到数据洞察,数据更好的稳健性让其日益变为智库研究的核心资源和重要支撑。
世所瞩目的“中国之治”有哪些成功密码?在天津师范大学副校长、天津师范大学国家治理研究院院长佟德志看来,汇聚更多“中国之智”、把制度优势更好转化为治理效能是一把“金钥匙”——“新征程上,应形成产学研服相结合的智库发展模式,打造一批高端的智库成果,培养一支高质量智库队伍,推出一系列有影响力的智库品牌,组建一个协同创新的学科群,实现‘中国之智’‘中国之制’‘中国之治’的有机转化,为中国式现代化提供更为坚实的智力支撑。”
《光明日报》( 2022年12月22日 07版)