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）

我国高等教育进入普及化阶段******

　　中国矿业大学硕士毕业生赵彬宇登上列车，前往内蒙古霍林河南露天矿就业，立志为高寒地区绿色矿山建设贡献力量；

　　北京电子科技职业学院汽车工程学院的实训室里，新能源汽车技术专业学生李新海正在研究汽车构造。还没毕业，他就已被企业提前“锁定”；

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　　一批批学子走进校园，接受高等教育；一批又一批大学毕业生走出校园，投身火热的生产生活一线。记者从教育部获悉：全国拥有大学文化程度的人口超过2.18亿，比10年前大幅增长，每10万人中拥有大学文化程度的由8930人上升为15467人；新增劳动力平均受教育年限达13.8年，劳动力素质结构发生重大变化，全民族素质稳步提高。

　　教育部相关负责人表示，10年来，我国高等教育与时代同行，取得历史性成就，发生格局性变化，在育人方式、办学模式、管理体制、保障机制等方面不断创新，为建设世界重要人才中心和创新高地提供了有力支撑。

　　——我国已建成世界最大规模的高等教育体系。

　　教育部发布的数据显示，我国已建成世界最大规模高等教育体系，在学总人数超过4430万人，高等教育毛入学率从2012年的30%，提高至2021年的57.8%，实现了历史性跨越，高等教育进入世界公认的普及化阶段。其中，普通本科学校校均规模16366人，本科层次职业学校校均规模18403人，高职（专科）学校校均规模9470人。教育部相关负责人介绍，我国高等教育毛入学率2019年达到51.6%，正式进入普及化阶段，并且普及化水平持续提高。

　　截至2021年，全国共有高等学校3012所。其中，普通本科学校1238所（含独立学院164所），本科层次职业学校32所，高职（专科）学校1486所，成人高等学校256所。另有培养研究生的科研机构233所。

　　——我国高等教育整体水平进入世界第一方阵。

　　党的十八大以来，我国高校科技创新能力不断提升。近年来，高校获得了60%以上的国家科技三大奖励，承担了80%以上的国家自然科学基金项目，是国家创新体系的重要力量。

　　教育部相关负责人表示，中国的高等教育开始了内涵式高质量发展，高等教育的学科专业与课程结构等得到进一步的调整与优化，高等学校的办学水平与人才培养质量不断提高，高等教育整体的国际竞争力持续增强。通过“双一流”建设计划，一批大学和一大批学科已经跻身世界先进水平，整体水平进入世界第一方阵。

　　同时，高等教育培养质量也不断提升。10年来，以一流专业和一流课程建设“双万计划”为牵引，共认定11761个国家级、11439个省级一流专业建设点，遴选认定首批5116门国家级一流本科课程。全面启动基础学科拔尖计划2.0，在77所高校布局建设288个学生培养基地，探索基础学科拔尖人才培养“中国范式”，累计吸引1万余名优秀学生投身基础学科，形成了基础学科拔尖人才的“梯队网络”。

　　形成了慕课与在线教育发展的中国范式。截至2022年2月底，我国上线慕课数量超过5.25万门，注册用户达3.7亿，已有超过3.3亿人次在校大学生获得慕课学分，慕课数量和应用规模世界第一。

　　——我国人口红利逐步向人才红利转变。

　　据介绍，近10年来，全国高校共增设1.7万个本科专业点，撤销和停招了近1万个专业点，提升高校人才培养与经济社会发展的适应度匹配度。目前，本科专业达771种、6.2万个专业布点。

　　服务国家战略需求，增设了储能科学与工程、人工智能、生物育种科学等新专业；服务民生建设急需，新增老年学、养老服务管理等新专业，并扩大了预防医学、护理学、家政学等专业布点规模。加快培养急需紧缺人才，不断完善高质量人才培养体系。新工科、新农科、新医科、新文科建设持续深化，人才培养组织模式持续创新，一批未来技术学院、现代产业学院等加快建设。创新创业教育领跑世界。成功举办7届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛，累计吸引五大洲120多个国家和地区的2533万名大学生参赛，大赛累计直接创造就业岗位数75万个，间接提供就业岗位516万个。

　　随着我国高等教育规模大起来、实力强起来，我国人口素质不断提高，人口红利逐步向人才红利转变。