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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）
东西问·解码兔年 | 赵燕林：千年壁画“三兔共耳”缘何闻名中西？****** 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。
中新社敦煌1月20日电 题：千年壁画“三兔共耳”缘何闻名中西？
——专访敦煌研究院副研究馆员赵燕林
中新社记者 丁思
临近中国农历兔年春节，萌态可掬的兔子造型层出不穷。中国敦煌莫高窟壁画中的“三兔共耳”图存世千余年，绘制了共用三耳、循环追逐的三只兔子，这或许是世界上最与众不同的兔子造型。这一图案，也出现于巴基斯坦赤陶浮雕、叙利亚的多色陶瓷、欧洲教堂彩绘玻璃，乃至一些西方现代建筑中。
“三兔共耳”的创作源起是什么，有何寓意？为何能在中西广受认同？敦煌研究院副研究馆员赵燕林近日就此接受中新社“东西问”独家专访。
视频：【东西问】赵燕林：千年壁画“三兔共耳”缘何闻名中西？来源：中国新闻网
现将访谈实录摘要如下：
中新社记者：目前，现存于敦煌莫高窟壁画中的“三兔共耳”图案有多少个？它们的造型、纹样有何不同？
赵燕林：“三兔共耳”的装饰图案广泛分布于古丝绸之路沿线的亚欧大陆各地，目前已知该图案年代最早的实例存于敦煌莫高窟壁画中。从时代分布情况来看，壁画中“三兔共耳”发端于隋初，流行于初唐和中晚唐时期，最终消亡于五代。
莫高窟共发现有20个洞窟绘制有这一图案。其中，17个绘制在洞窟藻井图案中，4个为天宫栏墙装饰图案，还有1个绘制于藻井垂帐纹，共出现22处，隋代洞窟占比最多，共9幅。
总体来看，隋代初期此类图案尚显生涩，而至隋代中晚期则极尽繁华，第407窟“三兔共耳”藻井图案被认为是该纹样的杰出代表，也是大众最为熟知的一幅。
莫高窟第407窟“三兔共耳”藻井图案。敦煌研究院供图“三兔共耳”的图案主体构成呈圆形，三只兔子以等边三角形均匀分布其中，两两共用一耳，呈顺时针或逆时针方向旋转奔跑、相互追逐，首尾相接，动感十足，造型优美。早期图案中的兔子，以白色居多，唐代逐渐出现了黑色、灰褐等色。
中新社记者：该图案为何是三只兔子？有何寓意？
赵燕林：“三”在中国传统文化中，有着特殊寓意。《道德经》讲，“一生二，二生三，三生万物”，三只兔子有往复循环、繁衍生息的涵义。“三”又与佛教涅槃思想吻合，三兔像是“前世”“今生”与“来世”，有“循环”“轮回”之意。
同时，古人眼中，“兔”的内涵也很丰富。西晋张华《博物志》卷四《物性》中说：“兔舐毫望月而孕，口中吐子。”明代徐树丕在《识小录》中云：“俗曰：兔无雄，望月而生也。”古人认为世间所有兔子都为雌性，只有月亮中的兔子为雄性，加之兔子繁殖能力极强，自古便成为多子多福的象征。西晋傅玄《拟天问》曰：“月中何有，白兔捣药”，又说：“月为阴水，白兔之形”。古人认为月是“阴水”，还是白兔的化身，故《隋书·天文志》说：“月为太阴之精，以之配日，女主之象也”。所以，藻井图案中兔子的形象，也有“月神”与“阴水”的意涵，是“以水克火”的延展。
另外，汉魏以来，图谶瑞应思想极为流行，有着向朝廷进献“祥瑞”的传统。白色的鹿、兔子等世间稀有罕见，是吉祥、祥瑞的象征。经过魏晋南北朝战争，隋初人口相对退减，多子多福、生生不息成为普通民众朴素的期盼。藻井是莫高窟洞窟中最为核心的位置，将“三兔共耳”图案绘制在最中央的藻井中，也是寄托了洞窟功德主们的美好愿望。
莫高窟第302窟“三兔共耳”栏墙纹，这是目前已知该图案年代最早的实例。敦煌研究院供图中新社记者：“三兔共耳”有何源起，其创作手法有何特点？
赵燕林：研究发现，“三兔共耳”图案与中国古代传统文化纹样十分接近，例如出现在中国新石器时代的彩陶和玉器上的类似装饰图案，在春秋战国时期的铜敦盖、漆器上出现的三兽纹等，最为突出的是汉代瓦当上的三雁纹，以及画像石上的三鱼共首纹等。
其创作手法是中国传统的“共生”，即将两个或者两个以上相同造型元素的相同部分叠加重合在一起，在构成新图形的同时，不破坏单体结构的完整性。中国历代纹样作品中，有大量的共生图案，内涵也多与生命繁衍、祈福相关。
“三兔共耳”的“共生”创作手法也体现着中国传统宇宙观。中国古人重视天文，有星象崇拜，“三兔共耳”有自秦汉以来“三圆三方”宇宙模型的影子，即由中心三个圆外切三个正方形的叠涩构架而成，体现着天圆地方、天人合一的哲学观念。
莫高窟第305窟“三兔共耳”藻井图案及其“三圆三方宇宙模型”结构示意图 。敦煌研究院供图中新社记者：“三兔共耳”的传播路径有无定论？该图案为何也在西方社会受到认同？
赵燕林：敦煌是古丝绸之路的枢纽城市和商贸文化重镇，世界四大文明和三大宗教在这里相会，不同民族与文化交流交融是丝绸之路沿线地区的重要特征。存世最早的“三兔共耳”图案正是出现在敦煌。
学界多认为，这一图案是从中国自东向西传播，其以古代中国的传统文化为渊薮。有部分学者猜想其源于中原，后从蒙古帝国西征时，从敦煌沿丝绸之路同时向蒙古国、印度、中亚各地传播，后从中亚、西亚向非洲的埃及、欧洲各国传播。也有学者提出，是战争把它带至西方社会。
该图案究竟源于何处，缘何被带至西方？目前尚无定论，但有一点可以确定，世界很多民族都有月亮当中有一只兔子的传说。
随着时间演变，“三兔共耳”出现在伊斯兰圆章模印玻璃、阿富汗的金属盘、伊朗的托盘、科威特的瓷砖画、德国教堂的钟表、英国教堂的玻璃窗上，成为当地宗教、文化与民众日常生活中的图饰，沿用至今。
巴基斯坦斯瓦特赛杜沙里夫遗址“三兔共耳”浮雕(9—11世纪)。采自《三只野兔的神奇旅程》。受访者供图该图案对于西方民众意味着什么？一些西方学者做了调查，甚至专门有团队出版了《三只野兔的神奇旅程》等研究文集，他们认为“这幅图具有神秘的力量”，能够为人们带来无限遐想和吉祥的寓意。由此看来，无论是中国还是西方，人们对艺术魅力的认同与对生活的美好祈愿是相通的。(完)
专家简介：
赵燕林，甘肃省甘谷县人。敦煌研究院考古研究所副研究馆员。在《敦煌研究》《自然辩证法研究》《艺术设计研究》等期刊发表论文20余篇，出版著作3部。主要研究领域为中国传统文化及石窟艺术，在《西北民族大学学报》(哲学社会科学版)、日本《比较民俗研究》等期刊发表“三兔共耳”相关研究论文5篇。主持国家社科基金项目、甘肃省社科规划一般项目等研究课题4项，参与国家社科基金重大项目、国家社科基金冷门绝学团队项目、国家社科基金一般项目等多项课题基金。
（文图：赵筱尘 巫邓炎） [责编：天天中] 阅读剩余全文（）  视觉焦点
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