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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）

“野冰场”暗藏杀机：冰层厚度未知 无人管理和救援******

　　冰层厚度未知 无人管理和救援 短视频博主推荐

　　人如织的“野冰场”暗藏杀机

　　□ 本报记者 　 赵 　丽

　　□ 本报实习生 王禹钦

　　近日，吉林省通化市一名5岁男童和家人在河流上的“野冰场”玩耍时，不慎坠入冰窟窿溺亡，引起社会广泛关注。

　　《法治日报》记者根据公开信息梳理发现，近一个月内，全国多地发生因滑“野冰”导致的伤亡事件。对此，消防部门提醒，禁止滑“野冰”等危险行为，市民应前往正规冰场游玩。

　　受访专家认为，对于无人管理的河道形成的“野冰场”，即使有小贩在“野冰场”出租冰车等，也不是“野冰场”的管理方，不是经营主体，不承担警告危险和劝离义务，一旦人们在这种场所发生事故，将自担责任。群众要有风险意识，远离“野冰场”。

　　冰面下隐藏着危险

　　多人坠冰导致身亡

　　1月7日，在北京展览馆后湖的“野冰场”，多名游玩者因冰面突然破裂落入水中。

　　“现在想想还很后怕。”参与北京展览馆后湖“野冰场”救人的一名大学生描述当天情景时说。

　　据悉，落水者都是大学生，寒假开始后选择在那里相聚玩耍，然后就发生了意外。

　　“我的一个好朋友不会游泳，他挣扎着时不时地把头冒出冰面喘口气，不知道喝了多少口冰水。”这名大学生说。对于当时的危险程度，他“现在想想还心惊肉跳”，冰面又薄又滑，他死命拽着救人的绳子，要是力气再小点，估计会被水里的同学拉下去。

　　事发当日的现场视频显示，冰面破裂后，至少4名穿深黑色棉服的游玩者落入水中，周围多名救助者快速组成一道道“人墙”，找来绳索等工具，通过手拉手的方式慢慢向落水者靠近，等落水者抓住绳索后，再合力将其从水中拉回冰面。

　　记者注意到，在破裂冰面附近的围观者中，还有多名儿童。

　　1月9日，记者在北京展览馆后湖的“野冰场”附近看到，仍有市民在冰面上“滑野冰”，其中不少是家长带着孩子玩乐，冰面上还有租赁滑冰车的人。

　　冰上的嬉戏欢笑和湖岸上新挂的红色警示横幅形成了鲜明对比。横幅上写着“湖面危险，请勿滑冰”和“岛内施工尚未结束，为了您的安全请勿进入”。

　　记者查阅资料发现，北京展览馆后湖并不在今年北京水务系统开放的天然河湖冰场之列，因此，在此滑冰实属危险的滑“野冰”行为。

　　危险的滑“野冰”行为不仅在北京展览馆后湖出现。1月8日，在北京市朝阳区奥林匹克公园龙形水系的一处冰面上，也发生了市民坠冰事故。

　　据当时在场的一名短视频博主回忆：有人玩耍时不小心掉进了冰窟窿，有两人前去施救时也一同掉了下去，最终几人均被救出，并无大碍。周围群众对待这起事故的态度令人担忧。

　　“就在事发地的旁边，落水的人刚爬上来，就有个两三岁的孩子往冰面上走，旁边的家长也没有迅速带孩子离开这片区域。”该博主告诉记者。

　　根据该博主拍摄的视频，记者看到，在落水者离开后，还有人在附近用冰锥试探。“这片‘野冰场’上，破裂的冰洞不止一个，但这样的场景也未能劝阻在冰面上滑行的人，不少大人、小孩仍继续在冰面上玩耍”。

　　而在岸边，每隔一段就有提示游客的牌子，上面写着“为了您的生命安全，请勿在冰面上玩耍”，在一处围栏上还挂着一只大喇叭，不断重复播放着“冰面太薄，请不要滑冰”的警告。

　　随后两天，记者探访了北京多处“野冰场”发现，尽管许多“野冰场”边上设有“冰面危险，请勿滑冰”的警示标语，有些地点甚至还有工作人员拿着喇叭进行巡逻劝阻，但仍有滑冰的拥趸套上冰鞋，拿上冰球杆，推上滑冰车，三五成群走上冰面，遇上带着孩子的游玩者，不少租赁滑冰车和冰鞋的商贩还会上前招揽生意。

　　不少游玩者告诉记者，尽管他们注意到了相关提示语，但觉得“这么多人在这里玩，不会出事的”。

　　多名业内人士说，冰面光滑、易碎，冰水寒冷，一旦不小心落入冰窟窿中，施救难度非常大。冰面的承重能力，用眼睛是无法观察到的。同时，在流动河道上结冰的冰面，由于河水水位会随着水量的大小发生变化，冰面下会形成两三厘米的“真空”，隐藏着危险。

　　有关部门发布的数据显示：近期，仅北京市119指挥中心就接到多起冰面救援警情，其中多人命丧冰水之中。去年12月23日，北京市密云区一名男性老者被冻在厚厚的冰层中，被救出时已无生命体征；今年1月2日凌晨，北京市通州区漷县镇，两名男子发生坠冰事故，被救出时均已无生命体征。

　　网络博主包装推广

　　危险河湖成打卡地

　　值得注意的是，有些北京郊区的“野冰场”经网络博主“种草”后，变成网红踏冰地，其安全隐患更是令人担忧。

　　京郊“小洱海”，北京“天空之镜”……近日，一些京郊地区在网上火“出圈”，但这些踏冰场所大多位置偏远，有的野外河道宽达百米，地形复杂，冰层厚度肉眼难以测量。

　　而在一些社交平台和短视频平台上，不少网络博主将这些暗藏危险的冰面用“绝美”“免费”“出片”等诱人的词汇进行包装，吸引一拨拨爱好者慕名前往，有关“野冰场”的话题甚至超过千万播放量。在这些视频中，除了个别警示滑“野冰”危险外，更多的是展示在“野冰场”上滑行、跳跃的内容。

　　虽然也有博主提及部分冰面不结实，打卡要注意安全，但更多博主则对这些“野冰场”的安全性闭口不提，甚至直言“这里已经冻结实了”“可以随意玩耍”“在这里打卡拍照太划算了”。

　　在诸多网络热帖下留言的网友，多数被网络博主分享的“震撼大片”所吸引，纷纷向博主求具体地址。还有网友将自己落水的危险经历当成趣事分享。仅有少数网友留言提到这些河道地形复杂，有些地方冰面薄暗藏风险。

　　据记者调查发现，上述推荐的“野冰场”包括河流、水库等，在一些拍摄者的视频中，可以明显看到冰面下有河水流动，在一些冰面上有凸起的“冰棱”，这样的冰面并不结实，危险重重。

　　在社交平台上，除了分享“野冰场”的位置，网友还晒出自制的简易滑冰车，其安全性着实让人担忧—— 一把普通的靠背椅、两根铁棍、几根铁丝就能滑。

　　中国政法大学知识产权研究中心特约研究员赵占领分析，推荐的“野冰场”发生事故，无论是发帖博主，还是网络平台，从法律角度来讲，都很难要求其承担法律责任，因为无法证明这种推荐和受到意外伤害之间有因果关系。

　　前往正规冰场游玩

　　专人巡视保障安全

　　用大石头砸一下，冰碴儿飞溅，但冰面并没有出现裂痕甚至窟窿，似乎就是“可以上冰”的信号；或者直接先踩上去一只脚探探“虚实”……记者在调查中看到，很多人用这种方式“检测”冰面厚度，以此来判断“野冰场”是否安全。

　　殊不知，这样的“试探”在专业救援人员看来，实际上“就已经是在拿自己的生命开玩笑”。

　　据了解，在北京，正规冰场都安排有专门人员留意气温变化，监控冰层厚度。按照北京市相关规定，冰层平均厚度至少要达到15厘米，才能允许游客上冰；当气温升高，冰层厚度不足、承载力有限时，冰场会暂停营业。

　　据什刹海公园冰场负责人杨谦介绍，冰场工作人员一般会用钢钎在冰面上砸出一个小洞，将铁钩伸进去，钩住冰层底部。取出铁钩后，再用卷尺直接量铁钩在冰面以下的距离。每次测量需选向阳面、背阴面等五六个测试点，以确保安全。

　　什刹海公园冰场设专职人员全天候巡视，严格执行“冰面平均每10平方米承载1人”的规定；坚持每天早、中、晚对冰层厚度进行测量，随时关注天气预报信息，适时增加冰层测量次数。同时设置应急救援队，有诸如摔伤、踩踏以及冰面裂缝等突发情况，救援队会第一时间到达现场，采取措施避免出现人员伤亡。

　　对于“野冰场”，有关部门还发布了安全风险提示。去年12月30日，北京市应急管理局提醒市民前往正规冰场游玩，禁止滑“野冰”等危险行为。

　　赵占领说，对于无人管理的河道形成的“野冰场”，即使有小贩在“野冰场”出租滑冰车等，也不是“野冰场”的管理方，不是经营主体，不承担警告危险和劝离义务，一旦人们在这种场所发生事故，仍是自担责任。因此，为避免这样的事故发生，还是要加强安全教育、安全宣传，让老百姓意识到安全的重要性，不要去“野冰场”。

　　他提醒说，对于公园、景区内的河道形成的“野冰场”，公园或景区的经营主体具有安全管理和提醒的义务。如果管理区域不能滑冰，要设置警示牌、配备巡逻人员，发现滑冰者要及时制止。如果因为管理不到位导致游客“滑野冰”发生事故，管理方需要承担相应责任，但也只是次要责任，主要责任仍是由行为人自己承担。

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）