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）
明园慈善基金十五载：耕耘乡村教育，躬行社会公益******
2022年6月，在新疆吐鲁番郭勒布依乡明园学校的新教学楼里，学生迎来了一位和蔼可亲的“马伯伯”，他是中国平安的董事长马明哲。当马伯伯手举着一架银灰色的小巧无人机时走进教室时，教室里沸腾起来，孩子们发出好奇的询问，马伯伯与他们分享了无人机知识，并鼓励他们“要好好学习，用科技改变家乡面貌，为社会作出贡献”。下课后，马伯伯和孩子们来到操场上，一起放飞无人机。
随着无人机一起放飞的，还有孩子们的梦想和希望。郭勒布依乡明园学校是明园慈善基金援建的第11所乡村小学，明园慈善基金出资为学校落成了崭新宽敞的教学楼，学生们还第一次拥有了竖笛音乐课和科技素养课。
2007年9月26日，中国宋庆龄基金会明园慈善基金(下称“宋基会”、“明园慈善基金”)由马明哲及其家人出资成立。“关心和支持中国贫困地区少年儿童的成长，资助教育和文化事业，为回报国家、感恩社会尽绵薄之力。”马明哲先生在当时的致信中这样解释成立基金的初心。15年以来，依托中国宋庆龄基金会的坚强领导，明园慈善基金累计捐赠5000万元，为4000多名乡村儿童带去音乐、体育、美术等素养教育课程。
教育是国之大计、党之大计。今年，党的二十大再次强调了要实施科教兴国战略，深入实施人才强国战略，加快建设教育强国、科技强国、人才强国。明园慈善基金积极响应党和国家号召，以特色教育公益为核心，致力于扶贫帮困和赈灾、关爱妇女儿童以及青少年成长，为乡村振兴发展助力。
15所明园学校，15盏春天的灯笼
每一次从经济发达的深圳，到偏远山村学校进行援建，仿佛提着春天的灯笼，去照亮大地的边远角落。
“真没想到还有条件那么艰苦的学校！”2013年，当明园慈善基金的考察团队来到广西大化瑶族自治县的八好小学时，被眼前的景象惊呆了：校园一角，靠墙摆着大大小小白色的塑料桶，那是学生们自带的储水桶。学校没有自来水，学生们用各自的储备水，淘米煮饭。父母大多外出打工，学生们大多住校，他们得自己做饭。
明园慈善基金迅速决定，援建八好小学。
八好小学是明园慈善基金援建的第6所乡村学校。2008年4月，广东省廉江市丰背明园学校举行教学楼奠基，由此开启明园慈善基金一年援建一间学校的助学之路。除教学楼的援建以外，明园慈善基金同时还进行了改造校门、翻建校园围墙、修缮操场等项目，提升受援学校的硬件设施。截至今年，共计援建11个地区15所学校。
广东丰背明园学校的学生搬出了危险的砖瓦房，搬进了宽敞明亮的新教学楼；湖南西莲明园学校落成了，孩子们的教室里有了先进的多媒体设备，能上远程课了；新疆喀尔交镇明园牧业寄宿学校的学生，在父母秋冬转场放牧时不需要寄住亲戚家，可以住进新宿舍楼了……而在2017年9月，新学期开学之前，八好明园学校整体落成：崭新的教室、明净的宿舍楼、硬化的地面，让身边的世界宽大明亮起来。自来水也通了，孩子们拧开水龙头，就能用两公里外引来的山泉水，淘米洗碗了……
地远不失志，家贫子读书。这15所明园学校的援建，每一所学校，都承载着当地民众、明园慈善基金双方深切的教育希望。时间会让更多的鲜花盛开，会有更多的小树参天。
山野田间，竖笛吹响欢乐童年
西藏那曲嘉黎镇明园学校，是明园慈善基金帮扶对象中条件最艰苦的：地处海拔4500米，高寒缺氧，气候干燥，寒冷的冬季长达半年，学生们经常吃不饱穿不暖。
“我们能吃上热饭热菜啦！”2020年8月11日，明园慈善基金援建的嘉黎镇明园学校新校区食堂落成，学生们抑制不住地雀跃欢呼。吃过午饭，他们急切地赶去参加新食堂落成仪式，还在仪式上竖笛表演《欢乐颂》。笛声悠扬飘荡在高原雪域，表达着孩子们真诚的欢喜和浓烈的感动。
给这些孩子带来竖笛音乐教育的，也正是明园慈善基金。
作为明园特色教育公益的核心，竖笛特色教育源于马明哲的小女儿马蔓莉的一次支教。那是2013年夏天，正在读高中的马蔓莉趁着暑假到广东文相明园学校支教。她带了自己的长笛，课间吹给孩子们听，没想到孩子们热情又好奇地围着她问个不停。“我从小就学钢琴，后来又学了竖笛和长笛，这都是城市孩子最基础的音乐教育，”马蔓莉感叹道，“然而这对这些乡村孩子来说，却是遥不可及的，但我看到这些孩子同样爱音乐、同样充满天赋。”
马蔓莉想为明园学校带去音乐教育，但学乐器的成本是高昂的，况且乡村学校连音乐老师都没有，学习难度也太高了。马蔓莉将想法告诉了母亲——时任明园慈善基金理事长陈园女士。陈园在声乐上造诣颇高，常在明园学校的各种仪式上表演歌唱，听了女儿的想法后很赞同，母女俩反复讨论怎么解决摆在眼前的难题。
“我们就想到了，可以给孩子们教竖笛，一支竖笛几十块钱，不贵，竖笛只有六个孔，教起来简单，学起来容易，尤其适合短期支教教学。”马蔓莉说道。她的想法立马得到了家人的支持，就这样，竖笛课第一次随着支教老师走进了明园学校，没想到效果不错，孩子们特别喜欢学，课上学不够，还经常把竖笛带回家自己练习。
经过8年的探索和发展，如今，竖笛课堂已经在15所明园学校生根发芽，针对乡村艺术教育“缺内容、缺老师、缺硬件、缺舞台”的短板，明园慈善基金提供了一个“互联网+竖笛教育”的整体解决方案，涵盖“线上课程、线下培训、夏令营实践活动、成果汇报”四个部分，形成完整的教育闭环。
用爱支教，温暖乡村少年
明园慈善基金的竖笛教育公益，缘起于马蔓莉的支教之行，历经多年发展，也始终离不了公益支教手牵手、心连心的志愿精神。
“振兴乡村、志愿支教，让我们携起手来，帮助孩子们托起更灿烂的明天。”马明哲向来重视支教，并且以身作则。2017年，他曾经前往安徽六安顺河平安希望小学支教，2022年，他又前往新疆吐鲁番郭勒布依乡明园学校，观摩远程上课，亲自给孩子们上科技素养课。
马明哲的支教精神鼓舞着他的家人。其夫人陈园女士曾到广西八好学校给孩子们上音乐课，教孩子们唱《花非花》；大女儿马莉莉追随父亲的脚步到顺河平安希望小学支教；小女儿马蔓莉后来又陆续到吉林靠山、甘肃邵寨、广西八好、云南荣棒等多所明园学校，给孩子们上竖笛课。“这些孩子没有音乐基础，我们支教老师临时上阵，怎么才能出效果呢？”马蔓莉回忆道，“我们的第一个办法，就是自制教学录像，让学校的老师看录像学基本指法，教给学生，我们再去教，效率就高一点。”
这份珍贵的录像教程，来自另一位支教老师，他叫崔超，曾是平安银行北京分行的一名员工。崔超从小学民族管乐，2016年开始参与明园学校支教行动，当时陈园理事长找到他，希望他能帮忙录制专门的竖笛教程，他一口答应下来。几经推敲，崔超选择了最简单的《小星星》作为模板，把不长的曲子分成三段，让孩子们能边学边复习，“有了录像，加上老师指导，学生两节课就能基本学会《小星星》，快速产生成就感，领略到音乐的魅力。”
而令崔超记忆尤深的，还是那曲嘉黎镇明园学校的孩子们。学基础指法，崔超一个个手把手教他们，孩子们黝黑的小手冰凉冰凉，尽力按住发音孔。初学不免笨拙，气息不稳，音量不够，按错发音孔时，孩子们抬起狡黠的眼睛，害羞地看一眼崔超。稍微熟悉指法，吹出连续的正调时，高原红的脸蛋会现出甜蜜的笑，眼里闪出光来。也是这些孩子，在两年的学习之后，最终能够落落大方地站上舞台，吹奏出一首高原上的《欢乐颂》。
除了马明哲及其家人、平安公司的员工之外，明园慈善基金的理事也积极参与其中，理事王利平女士就曾多次到广西九同明园学校支教，他们带动了更广泛的支教志愿者。截至2022年6月，明园慈善基金共计派遣支教志愿者1056位，围绕竖笛教育，同时为孩子们带去体育、美术、科技、舞蹈、形体、声乐等丰富多彩的素养课程，用温暖爱心陪伴乡村孩子成长。
近年来，随着新冠疫情的暴发，线下支教变得困难，明园慈善基金联合南京师范大学的韩中健教授团队，开发互联网竖笛教育，克服偏远乡村设备缺乏、网络差等种种难题，安排专业老师对各学校进行每周至少一节课的远程教学，确保学生能够持续上课。
从线下支教到线上支教，物理的距离变了，陪伴却更加亲密，孩子们和明园支教老师的感情日渐深厚。一根小小的竖笛，早已将跨越天南地北，将明园学生和支教老师的心紧紧连在一起。
艺术的闭环，种下温暖的种子
2017年7月，明园慈善基金第一届竖笛夏令营在深圳举办，明园慈善基金的理事们注意到一个小女孩，她叫蓝水兰，是广西八好明园学校三年级的学生，她总是怯生生的，不敢跟人说话和对视，但排练竖笛时却特别认真，而且十分好强，有一股越困难越不服输的韧劲。
恰好两个月后，八好明园学校落成，明园慈善基金来到学校举办落成仪式，理事们惊喜地发现，短短时间内，蓝水兰变了，她不仅会笑着打招呼了，还主动带队上台表演节目，当马蔓莉在仪式上吹起长笛，蓝水兰随着音乐摇摆着身体，整个人更加阳光自信，落落大方，让理事们惊奇之余，更大为赞赏。
让学习竖笛的孩子们登上专业舞台，与著名艺术家同台演出，不仅能让孩子们得到专业指点，还能开阔眼界、提升自信，是明园特色教育公益闭环的最后一环。除了每年一届的竖笛夏令营，明园慈善基金还千方百计地为孩子们寻找多形式、多类型的表演机会。
2019年，湖南和广西共三所明园学校学生参加了第一届“深圳声乐季”活动，与深圳交响乐团同台演出，同年，有37个明园学生参与了“中国网球公开赛公益慈善庆典”的演出；2020年，相隔天南地北的八个明园学生隔空合奏竖笛为武汉加油；2021年，五所明园学校的学生在线上奉献了一场动人的竖笛音乐汇演，与著名表演艺术家连线合奏；今年暑期，明园学生再次参加了“深圳声乐季”，中秋节之际，明园学生还参加了中国宋庆龄基金会和中国福利会主办的“我和祖国一起成长”六一主题演出，登上了国家大剧院的舞台。
音乐给孩子们带来的改变显而易见。在甘肃的邵寨明园学校，内向的史小浩通过竖笛学习，结交了不少新朋友；广西九同明园学校，六岁的云佳欢从小父母离异，因为竖笛夏令营再次和妈妈说上话，扫去心里的阴霾；湖南西莲明园学校的吴仁坊，在线上竖笛音乐汇演中得到音乐家王宏伟、徐霞的鼓励，提升了自信；而广西八好明园学校的蓝水兰，今年参加第四届“深圳声乐季”音乐会，第一次完成了独奏，决心报考音乐附中……
“音乐是一种特殊的美学与情感的教育，它能让孩子们感受到爱与希望，在孩子心中种下一颗温暖的种子。随着孩子们长大，这颗种子将会开花结果，孩子们会把温暖和爱传递给更多的人。”明园慈善基金副理事长陈园表示。
扶困助弱，坚守回报社会初心
明园慈善基金的公益项目，除了援建学校、招募志愿者开展公益支教行动之外，还设立了明园奖学金、教学金，开展校长培训，15年共发放明园奖学金128.8万元，699名学生受到奖励；共发放明园“奖教金”87.8万元，438名老师受到奖励。此外，还积极探索多元化的特色教育公益，推进科学素养提升计划，通过捐赠科技读本、科学实验包、培训校长和老师等行动，为乡村孩子播下了科技启蒙的种子。
作为中国宋庆龄基金会下设的专项基金，明园慈善基金积极支持并参与中国宋庆龄基金会的各项工作。宋基金会理事会、宁夏彭阳县扶贫考察系列活动、青海省公益项目调研、西山乡中心学校援建项目考察、粤港澳大湾区理事座谈会……明园慈善基金履职的身影随处可见。
明园慈善基金遵照宋基会宗旨，践行扶贫帮困和赈灾公益，2008年汶川地震，明园慈善基金向灾区捐赠500万元；2020年春，新冠疫情暴发后，明园慈善基金联合中国平安集团迅速向中国医学科学院捐款1800万元，定向用于瑞德西韦三期以及其它抗击新冠肺炎的临床试验。陈园理事长还通过明园慈善基金、广东省女企业家协会等公益渠道，个人捐赠近200万元，用于各地疫情防控、赈灾救灾、教育发展及妇女儿童生活改善等。
回顾明园慈善基金15年的历程，离不开社会各界的支持：明园学校学生在2019年参与中国宋庆龄基金会音乐梦想基金启动仪式表演时，得到了宋基会主席王家瑞、副主席井顿泉、时任副秘书长唐九红等领导的关爱和赞赏；宋基会党组书记、常务副主席杭元祥率队赴青海省进行公益项目调研时，探访了当地明园学校；著名艺术家雷佳、王宏伟、徐霞等在“深圳声乐季”、明园线上音乐汇演等活动中多次对明园学生进行专业指导……这些关爱和支持是明园慈善基金发展的不竭动力，更让明园慈善基金坚定了回馈社会、报效国家的公益初心。
“艺术的真正意义在于使人幸福，公益的意义在于使人得到鼓舞和力量，多年来，明园慈善基金始终紧跟国家步伐，迎合时代发展需要，践行公益，回报社会，”明园慈善基金理事长马莉莉表示，“未来，明园慈善基金将持续在力所能及的领域发光发热，不断耕耘，铭记中华民族伟大复兴的历史目标，在党和国家的坚强领导下奋力前行。”来源中国网
