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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）

既要好上学，也要上好学（解码·教育均衡发展）******

　　海南2022年新增基础教育学位5.1万余个

　　既要好上学，也要上好学（解码·教育均衡发展）

　　本报记者 赵 鹏 曹文轩

　　核心阅读

　　县城中学生源回流、薄弱校弯道超车、特色课程丰富多彩……这是海南推进教育改革、促进义务教育均衡发展带来的变化。党的二十大报告提出，加快义务教育优质均衡发展和城乡一体化，优化区域教育资源配置。近年来，海南通过加强基础建设、实施集团化办学等创新改革，实现义务教育提质增效，2022年新增基础教育学位5.1万余个。

　　走进海南省陵水黎族自治县的中央民族大学附属中学陵水分校，青春气息扑面而来：课间，孩子们从身边经过，主动停下来打招呼；放学后，学生自发的兴趣表演多姿多彩……

　　随着民大附中的进入并带动当地教育质量提升，自2018年以来陵水全县“回流”学生超过7000人。民大附中陵水分校的改变，是海南推进落实“既要好上学，也要上好学”、促进义务教育均衡发展的缩影。据统计，2022年，海南全省新增基础教育学位5.1万余个。

　　增配套、补短板，增加学位供给

　　2022年9月4日，海口市滨海九小新埠分校开学。作为新投入使用的一所公立学校，教学楼、行政楼、综合楼、宿舍楼一应俱全，全校共设24个班，可提供超过1000个学位。据统计，仅2022年秋季学期，海口就新增4所公办学校和1所民办高级中学。包括扩建在内，海口市年度净增义务教育公办学位超过8000个。

　　2020年，海南全面启动自贸港建设。在海口、三亚等人口相对集中的老城区和人口不断涌入的新开发区、重点园区，本身空间资源紧张，而教育需求持续增加，“上学难”问题凸显。如何才能化解？自2017年起，海口启动了“一校两园”“增加学位改扩建”等增配套、补短板的基础设施建设项目。

　　5年来，海口重点在秀英区的西海岸片区、市三十三小周边、海南职工秀英子弟学校周边等学位需求最为迫切的地区，按照“1拆1建大于1”原则，一手抓升级、一手抓整合，不断增加学位有效供给。据统计，过去5年，海口共新增义务教育公办学位4.9万个。

　　引优质、带薄弱，开展集团化办学

　　2022年9月13日，海南中学白沙学校揭牌，这也是海南跨区域集团化办学工作的又一标志性成果。位于白沙黎族自治县的白沙中学，曾是全省有名的薄弱校，海南中学则是全省闻名的重点校。此次将白沙中学以委托方式交给海南中学展开教学管理，后者将选派优秀教师与白沙中学的教师团队深度融合，并最终形成一体化办学。

　　以往，由于地区发展不平衡，海南很多县市基层学校始终困于自身条件而难以发展成长，从而导致教育水平失衡。曾为贫困县的陵水，也面临这样的困窘。改变发生在2013年9月。按照省级示范学校标准建设、以“协议管理、整体委托、自主办学”为模式的民大附中陵水分校正式引入和建成。3年后，该校一、二本上线率达到84%。

　　以改革创新为驱动，陵水在全省率先推行“县管校聘”制度，对在编教师与临聘教师实行“同工同酬”聘用制；深入推进集团化办学思路，全县包括幼儿园在内的各学段，广泛推行“核心校+薄弱校（农村校、新建校）”的模式。“由此累计筹措教育投入超过10亿元，全县新增校舍面积17.6万平方米，新增和改造体育运动场馆面积34.3万平方米。”陵水县委常委、副县长莫泉平说。

　　2022年6月，海南出台《关于全面推进基础教育集团化办学创建“新优质学校”的工作方案》。根据方案，力争到2025年全省50%的公办中小学纳入集团化管理。自2022年起，海南省教育厅将分批次统筹教育部部属高校附中、省属中学和海口市优质教育资源，跨区域到市县开展集团化办学。其中，首批教育部部属高校附中合作办学项目3个、省内跨区域合作办学项目14个。

　　稳“双减”、强特色，夯实素质教育

　　在三亚市水蛟小学，上午9点，300多名学生会准时在操场上共跳椰壳舞。椰壳伴随配乐敲击，发出清脆悦耳的声响，浓郁的海岛风情在校园洋溢；在海口市滨海第九小学的人工智能教室里，孩子们通过编程让“火星车”实现不同功能；在人大附中海口实验学校，72名在岗教师根据专业特长开设63门选修课、58个作业班和综合实践活动课；在儋州市白马井镇藤根小学，学校充分发挥特色优势，开展田园德育、乡土文化主题等课后活动……眼下，这些课后服务活动正成为海南实施“双减”后推行“阳光快乐”教育的一大特色。

　　好上学、上好学，更要让孩子们爱上学。“双减”政策落地以来，海南省义务教育学段制定作业管理办法学校比例、实行作业公示制度学校比例、开展课后服务学校比例和课后服务时间达标学校比例全部达到100%。课后服务经费保障机制也全面建立，惠及学生74.8万名，各级各类城乡学校“校校有特色、生生有特长、人人有发展”的场景正在形成。

　　据统计，近年来海南建成学校游泳池320个，实现乡镇学校游泳池全覆盖，四年级以上中小学生总体上实现“应学尽学、应会尽会”；建成美育示范学校40所、全国中小学中华优秀传统文化传承学校85所，扶持琼剧传承特色学校13所；探索打造出田园耕作式、科技推普式、文化传承式和创意生产式等劳动教育特色模式，全省“田园课程”实验学校230多所，涉及7万多名学生。

　　通过推进集团化办学理念，海南引入大量基础教育优质资源，成立人大附中三亚学校、北京师范大学海口附属学校、清华附中文昌学校等。据统计，直至2022年底，海南累计引进各类优质学校83所，实现市县全覆盖，提供超过16万个优质学位，引领带动区域义务教育质量快速提升。

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）