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）
东西问·解码兔年丨王加华：双春年如何蕴藏中华文明“管理时间”的智慧？****** 编者按： “万物迎春送残腊，一年结局在今宵”。中国传统的兔年春节将至，历经疫情考验的人们心怀希冀。自2023年1月18日起，中新社“东西问”专栏特推出“解码兔年”系列稿，探究春节文化、“双立春”等的意涵与影响。
中新社北京1月18日电 题：双春年如何蕴藏中华文明“管理时间”的智慧？
——专访山东大学儒学高等研究院副院长王加华
作者 马帅莎
闰二月的加入，使农历癸卯兔年出现了阴历年两个立春的历法现象，人们称其为双春年。历史上每逢立春，中国从官方到民间都有诸多或严肃或嬉戏的仪式与习俗，比如迎春、鞭春、咬春等。被国际气象界誉为“中国第五大发明”的二十四节气，不只是单纯的历法体系、时间制度，更是内涵丰富的民俗系统。
双春年如何蕴藏中华文明“管理时间”的智慧？立春节气为何备受中国社会重视，又如何在周边国家流传？作为传统农事活动的时间指针，二十四节气如何在现代继续焕发活力？山东大学儒学高等研究院副院长王加华近日接受中新社“东西问”专访，对上述问题进行解读。
现将访谈实录摘要如下：
中新社记者：2023年在正月十四和腊月廿五各有一个立春节气，为什么会出现双春年？
王加华：双春是指阴历年的年首年尾各有一个立春，这与中国古代历法体系的阴阳合历有直接关系。阳历以地球绕太阳公转一周为一年，周期是365天或366天，反映四季寒暖变化，用于指导农事活动的节气就属于阳历历法，日期相对固定。阴历以月球绕地球一周为一个月，周期为29.5天，12个月算作一年，长354天左右。
因此，阴历年和阳历年存在约11天的偏差。如果不及时调整，长此以往就会出现六月下大雪的“怪事”。为了防止阴历年月与阳历年及四季脱节，古人在19个阴历年中加入7个闰月。加入闰月的阴历年可长达384或385天，反映了中华文明“管理时间”的传统智慧。
今明两年立春均是2月4日，而癸卯兔年作为闰月年天数较多，从2023年1月22日起，一直到2024年2月9日，正好涵盖两个立春节气，出现“一年两头春”。统计发现，19个阴历年中有7个年头是双春年，有7个年头是无春年，其余5个年头是正常的单春年。
需要特别强调的是，双春年和无春年都只是正常的历法现象，与吉凶祸福无关。所谓双春年可能是灾年、结婚容易导致二婚等迷信说法毫无科学依据。
民众制作立春“咬春“拼盘。胡剑欢 摄中新社记者：人们常说“十年难逢闰二月”，2023年不仅是双春年，还有闰二月。古人是如何安排闰月的？
王加华：二十四节气虽统称为“节气”，但又可分为12个节气和12个中气。以立春为首，处于奇数序列的为节气，位于偶数序列的为中气。节气与中气相间排列，与阳历月份相结合，每月都会有固定的节气与中气，且总是节气在前，中气在后。但以月亮盈亏为标准的朔望月却并非如此，尤其是在19年中加入7个闰月之后。
按阳历，一个月两个节气，前一个月的“节气”和“中气”与下一个月的“节气”和“中气”之间，平均相隔30天半。相比之下，阴历平均每月只有29天半，所以每个月的“节气”和“中气”都会比前一个月推迟1到2天，持续下去，就会出现只有“节气”而无“中气”的月份。于是，人们将没有中气的月份作为这一年的闰月，并以上个月的月号为闰月月号。
立春时节， 农户在草莓种植大棚进行草莓疏叶管理。周方玲 摄中新社记者：立春作为二十四节气之首，有哪些特殊含义？中国传统社会为何如此重视立春日？
王加华：《月令七十二候集解》记载，“立春，正月节。立，建始也。”立春被认为是春天的开始。同时，它还有另外一层重要意义。在中国古代，年和岁的起始时间不同，年是从正月初一开始，而岁是以立春作为开始。
古代中国是农业社会，主要“靠天吃饭”，人们的农业生产受气温、降水等自然条件的重要影响。为此，古人发明了二十四节气，如小寒、大寒、雨水、小雪、大雪等，能比较准确地反映黄河流域冷暖雨量的变化，促进农业生产顺利开展。
立春时节，工人在为小麦喷施叶面肥。(无人机照片) 房德华 摄立春是最早产生的八个节气之一，大概在春秋时期就已出现。“一年之计在于春”，春耕是农事活动起始环节，然后是夏耘、秋收、冬藏。农耕社会的性质决定了立春在古代中国的地位极其重要。立春的到来，意味着新的农事活动周期即将开始，要进行劝耕备耕等各项活动。
中新社记者：立春节令有哪些特别的民俗？蕴含何种文化和社会寓意？这些民俗有何地域特征？
王加华：立春节气既有官方礼仪，亦有民间习俗，两者既相互影响与联系，又各自保持相对独立。官方礼仪主要指东汉时期开始兴起的迎春礼及唐代开始出现的鞭春礼。古人认为春非常重要，官方会举办迎春礼，到城市东门举行迎春神仪式。
民间则多是民众自发进行的习俗活动，涉及饮食、服饰、禁忌等多方面内容。比如立春撒谷豆，本意在于追求健康与吉祥，“豆”与“痘”同音，民间俗信可为孩子消除水痘，儿童会佩戴春鸡等饰物用于祈福。另外，立春还有赶庙会、逛灯会、说书、唱大戏等丰富多彩的娱乐活动。南方地区还流行祭春神或土地神。
立春时节，村民用耕牛为茶树松土。易胜武 摄唐宋以后，随着迎春礼的发展尤其是鞭春礼仪的出现，立春呈现出群体性节庆的特点，娱乐功能大大增强，如唐代地方迎春已是“见观者之如市”，南宋时则是“倾城出观”。明清时期，随着乐人、社火、戏曲等演艺人员与多样娱乐形式的加入，立春的娱乐性色彩更浓厚。
二十四节气从最初的黄河中下游地区传播到其他地区后，产生许多具有地域差异的农谚和民俗。以立春饮食习俗为例，北方地区盛行吃萝卜，俗称“咬春”，南方地区多吃可生食的蔬菜。饮春酒，北方地区一般是烧酒，南方地区则是米酒。
小朋友在吃萝卜“咬春”。胡剑欢 摄中新社记者：日本、韩国、马来西亚等国家也有过立春的习俗，与中国的立春活动有何不同？
王加华：这些国家的立春活动明显受到中国的影响，将立春当作一种节日来看待。在不同国家，具体习俗有所不同。
日本至今仍在使用二十四节气。具体到立春，传统上亦将立春作为春季开始的标志。每到立春节气，气象台、报纸等都会给人们以提醒。日本将立春前一天定为撒豆节，每年这个时候，人们会在家门口挂上串有沙丁鱼的桂花树枝，举行撒大豆招福驱魔的仪式。
在韩国，人们将立春视为一个能带来希望的日子，会提前举办庆祝活动，比如贴立春帖、吃“五辛菜”等。其中立春帖仍由汉字书写，内容最多见的是“立春大吉”“建阳多庆”“国泰民安”等。
不同节气在国内外的影响也不一样，具有区域性，如谷雨在中国沿海地区尤为重要，一些地区有祭海的习俗。节气作为一种传统文化，传到周边国家后，立春、夏至、冬至等节气的影响力更为显著。
马来西亚吉隆坡海南天后宫亮起6000盏红灯笼迎接立春。天后宫 供图中新社记者：传统节气对现代社会有何意义？应如何传承好这一非物质文化遗产？
王加华：节气作为农事活动的时间指针，体现人们感受自然、顺应自然节律、天人合一的理念，以及人与自然的和谐关系，对当下的生态文明建设有重要意义。同时，它所蕴含的特定文化，比如对自然时序、先贤崇祀、亲情伦理等的追求与尊崇等，也成为今天国家与社会建设的重要精神依托力量。
小朋友们在体验“咬春”。朱大勇 摄立春作为二十四节气之首，又有特别重要的意义。在中国将二十四节气申报联合国教科文组织人类非物质文化遗产代表作名录的过程中，10个代表性传承社区之中有4个与立春相关。在很多地方，立春不仅意味着文化传统，也成为文化品牌，具有促进社会经济文化发展的重要作用。
二十四节气绝不单纯是一种历法体系或时间制度，更是一种包含丰富民俗事象的民俗系统。当下要想更好地保护与传承二十四节气，使其充分介入民众的社会生活，应该是一种最佳途径。比如，充分发挥节气在人们日常生活、休闲娱乐、饮食养生以及民族认同、生态文明建设等方面的功用与价值。在保护传承的过程中不能“一刀切”，而要充分关照二十四节气的内部差异及地域差异等问题，采取不同的保护传承措施。(完)
受访者简介：
王加华，山东大学儒学高等研究院副院长、教授、博士生导师，山东大学人文社科期刊社副社长，《民俗研究》(CSSCI)杂志副主编、《节日研究》(辑刊)主编，中国民俗学会副会长、山东省民俗学会副会长。
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