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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）

冬天寒又燥 防疫护肺有妙招******

　　自打月初进入小寒节气以来，北方地区迎来了一年中最冷的时节，按“数九寒天”来算，现在正处于“三九四九冰上走”的阶段。

　　说到寒冷天气里的健康问题，就一定要讲一讲呼吸道疾病，冬季天气寒冷又干燥，是呼吸道疾病的高发期，这个时候一不小心就容易感冒，更有不慎者还可能引起下呼吸道感染，如气管炎、肺炎等。天寒地冻的时节，对于伴有基础病的老年人，尤其伴有呼吸系统疾病的人群来说更加难熬。冬季保护呼吸道，我们该如何在日常生活中做好预防？如果中招了，又要如何应对身体发出的“报警信号”呢？

　　呼吸道疾病为何在冬季高发？

　　我们从中西医不同的角度来讲讲。

　　在中医看来，肺脏清虚而娇嫩，为五脏六腑之“华盖”。肺外合皮毛，开窍于口鼻，与外界直接连通，非常容易受到外邪的侵袭，尤其是寒邪和燥邪最容易对肺造成损伤。同时，其他脏腑的疾病也易合并引起肺部疾病。一年中冬季最为寒冷和干燥，尤其在北方地区，家中暖气开得高，室内空气干燥，室内外温差大，更容易影响到肺。

　　而从西医来看，冬季寒冷干燥的空气破坏呼吸系统黏膜，导致呼吸道黏膜下血管收缩，黏膜表面免疫球蛋白分泌减少，降低呼吸系统黏膜屏障的防御功能，从而病毒及细菌等微生物容易侵入呼吸系统，诱发呼吸系统疾病。另外，很多人怕冷不爱开窗通风，室内空气流通差，空气中附着病原体的可吸入颗粒物浓度升高，也是人们容易得呼吸道疾病的原因之一。

　　呼吸道防病应注意什么？

　　中医讲究“治未病”，在日常生活中做好预防、增强体质、及时调理身体上阴阳失衡的问题都非常重要。在冬季怎样保护好我们的呼吸道，牢记以下知识点，无论对普通感冒和流感，还是对新冠病毒感染的预防都适用。

　　《黄帝内经》中讲“虚邪贼风，避之有时”，即我们要针对不同季节流行的外邪来做预防，比如在冬季我们最需要注意的是风寒。为此，我们一定要做好保暖，注意增减衣物，当心室内外温差对身体的刺激。多注意天气预报，空气污染的时候尽量少到室外去，并一定要戴好口罩。

　　《黄帝内经》中还提到“不相染者，正气存内，邪不可干，避其毒气”。正气可以理解为人体的免疫力，正气足的人不容易受到外邪侵袭。同时，我们也要注意避开“毒气”，“毒气”一方面是寒邪、燥邪的侵袭，另一方面也指病原微生物的感染，其中就包括新冠病毒，我们知道它是通过“飞沫+接触”传播的，因此要戴好口罩，做好手口鼻卫生，尽量少去拥挤、密闭的公共空间，还要注意咳嗽礼仪（咳嗽、打喷嚏时捂住口鼻）。

　　冬季提升抵抗力有妙招

　　提升“正气”有哪些方法？我们从饮食、起居、运动等多个方面来讲一讲。

　　“饮食有节，起居有常”也是出自《黄帝内经》。中医讲究天人合一，我们要顺应四季变化来调整生活方式，比如冬季是收藏、养藏的季节，我们一定要注意阳气和精气的收敛。中医讲秋冬养阴，阴为有形之物，我们应在冬季滋养好身体的物质基础。

　　在饮食方面，可以吃一些多汁生津、以助养阴的食物，如百合、银耳、荸荠、莲藕，也可使用中药材来做药膳，如北沙参、麦冬等。但应注意的是，滋阴也因人而异，阴虚体质的人（如出现五心烦热，即手脚心和胸口发热烦躁，以及盗汗、口舌生疮等症状的人群）就很适合滋阴，但阳虚的人（如脾胃虚寒的人群）就不能吃，容易加重阴阳失衡的问题。与此同时，在冬季应尽量少吃辛辣刺激的食物，这一类食物会促进阳气生发，不利于养阴。

　　在起居方面，《黄帝内经》有讲到“冬三月，此谓闭藏，早卧晚起，必待日光”，意思是在冬季增加夜间睡眠有利于来年气血阴阳的生长。同时，还应避免过度劳累，保持生活规律，因为过劳也是会伤阴的。在运动方面，可以适当做一些耐寒训练，如快走、慢跑、太极拳、八段锦等，但需注意不可大汗淋漓，出大汗会耗散阳气损伤身体，微微出汗为佳。

　　另外，还可在医生指导下进行中医的理疗方法，如贴敷、推拿、艾灸等。例如，位于颈后第7颈椎棘突下凹陷处（低头时会突出的骨头正中央）的大椎穴，是人体6条阳经和督脉的交汇之处，被称为“人体的小太阳”，按摩和贴敷大椎穴都能帮助提升人体正气，很好地预防疾病。

　　当心身体发出的“报警信号”

　　最近大家对新冠阳性治疗和康复过程中的咳嗽症状讨论比较多，到底什么样的咳嗽代表着身体正在“打扫战场”，处于上呼吸道感染的痊愈过程中？哪种咳嗽代表着病情加重，可能发展到了下呼吸道？

　　我们首先要了解，为什么在康复过程中会咳嗽呢？这是由于病毒损伤了气道黏膜，黏膜下神经暴露在敏感因素下（如冷空气、烟草、刺激气味等），导致气道平滑肌收缩出现咳嗽。实际上，咳嗽作为保护性反射是在帮助身体“清理废物”，即体内的痰液，这是一个“打扫战场”、修复气道的过程，大多数情况下开始咳嗽就代表着人体进入了康复过程。咳嗽具有自限性，不吃药也可以自愈，但如果咳嗽咳痰比较频繁，也可适当服用止咳化痰药。

　　那什么情况是病情加重了？咳嗽持续两三周还没好，影响到休息和睡眠，咳痰从白稀痰逐渐变成黄脓痰，甚至带血丝或是明显的血痰，并伴有呼吸困难或发热不退，这些症状说明有发展到病毒性肺炎或合并细菌感染的可能，建议及时就医。

　　另外，出现以下情况也需尽快就医：反复发烧很多天；躺平时感觉胸闷气短；呼吸过快；安静状态下脉氧仪显示血氧饱和度低于93%，心率低于每分钟40次或高于每分钟120次；测量血压时，收缩压低于100mmHg等。

　　那么哪些人群在感染新冠病毒后难以止步于上呼吸道感染，容易出现病毒性肺炎？年龄大于65岁的人群，合并慢性呼吸系统疾病（如COPD、哮喘、支扩等）、心脑血管疾病、糖尿病、慢性肾病、肝硬化、器官移植等基础疾病的患者，恶性肿瘤接受化疗或免疫功能低下或接受免疫抑制治疗（如激素、生物制剂、免疫抑制剂等）的患者等。（北京中医药大学附属东直门医院呼吸科主任医师 李杰）

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）