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）

“歌剧回来了，凛冬消散迎接春天”******

　　在上海歌剧院会议室，前天刚抵沪的意大利歌剧导演马可·卡尼蒂，和中国导演杨竞泽对着全新制作的歌剧《波西米亚人》设计图纸进行热烈讨论。（上海歌剧院供图）

　　■记者 姜方

　　舞美设计图展开，舞台中景倾斜的塔楼顶仿佛梦回巴黎，而由几何图形分割而成的冰块，在灯光的照耀下折射出些许斑斓的科幻未来感；几位男演员们长袍或斗篷的复古感造型，又提醒着观者这仍是普契尼笔下的那部经典歌剧——在昨天的上海歌剧院会议室，刚抵沪不足24小时的意大利歌剧导演马可·卡尼蒂，迫不及待地和中国导演杨竞泽对下月上演的《波希米亚人》展开了热烈讨论。

　　作为上海歌剧院2023年演出季开幕大戏、全新制作《波西米亚人》的联合执导，历经整整一年的线上沟通，如今终于在上海握手、拥抱了。

　　“我回来了！意大利歌剧也回来了！”导演马可毫不掩饰自己的满心欢喜，“很高兴看到世界正在渐渐走出疫情的阴影，重回正常轨道。当下，重启歌剧的国际合作非常重要，通过不同文化的碰撞与沟通，艺术将会激荡出强大的鼓舞人心的力量。”他认真地告诉记者：“面对疫情，我们所有人都是斗士，当所有人心手相连去直面恐惧并毫无畏惧时，我们就一定能战胜凛冬，迎接春天。”而这份寓意，也将成为此版《波西米亚人》舞台上一个令人惊喜的“彩蛋”。

　　七年前曾来过上海排演《茶花女》的马可，将在接下来的一个月里与上海歌剧院艺术家们深度合作，共创《波西米亚人》的同时，他也将在上海度过他的第一个“中国年”。“马可对中国戏曲很感兴趣，我准备带他去听听京昆演出，让他好好感受一下上海的烟火气——大年三十来我家里包水饺、看春晚；春节期间逛逛上海的豫园，再一起去电影院看部春节档电影；参观一大会址、浦东陆家嘴金融区和滨江大道都得安排上……”上海歌剧院院长许忠悄悄“透露”了一连串的精彩计划。

　　歌剧回来了，爱的火焰将点燃冰雪覆盖的舞台

　　前天中午12点半，一架从罗马出发、经阿姆斯特丹转机至上海的航班落地浦东T2。马可·卡尼蒂和他的助理弗雷德·桑塔布洛焦，在历经11个小时的长途飞行后，顺利入关。一看到前来接机的上海工作人员，马可的眼中有了笑意，朝前方比了个“剪刀手”，回应马可一行的是来自上海的两大束鲜花。

　　原来由上海歌剧院与上海大剧院联合出品的大型歌剧《波西米亚人》已筹备了近一年，眼看距离2月10日首演之日越来越近，获悉中国的最新入境政策后，导演马可一行立刻改签了最近一班机票飞向东方，并在落地后立即与院方各业务部门开展工作，要求尽快正式投入《波西米亚人》的戏剧排练。

　　“这部全新制作的歌剧背景设定在2220年的巴黎，整座城市都被冰雪所覆盖。剧中贫穷的艺术家即使身处极寒环境，心中依然燃烧着爱的火焰！”马可的话语中满是对作品的期许。“艺术不死、爱情永恒。当1896年首演于意大利的感人爱情故事，穿越时空来到2023年上海大剧院的舞台，这份初衷不会改变。”

　　“这次和马可联合执导，我们共同的心愿就是让歌剧发光，让这门艺术能够活在当下。”中方联合导演兼舞美、多媒体设计杨竞泽在舞美设计中用到了转盘，在长方体的冰面造型前，一股寒意扑面而来。冰块是寒冷的，而艺术家的热情与赤忱，足以融化一切坚冰，战胜一切困难。就像杨竞泽所感受到的：“我在上海的街头，可以看到很多特立独行的年轻人，他们让我对未来、对上海这座城市充满期待。”

　　焕新的演出季让更多世界名家名团听到中国声音

　　“从2020年至今，我们与国际交流与合作的步伐从未停止。三年眨眼过去了，这一次马可·卡尼蒂应邀来沪，能感受到他十分看好中国、看好上海的演艺市场，加上我们全面扎实的前期工作，所以当大幕揭开时，我们都已经准备好了。”许忠告诉记者，包括开幕大戏《波西米亚人》在内，上海歌剧院2023年演出季焕然一新。上海的观众也用期待已久的热情回馈演出季的精彩——据最新消息，48小时内，《波西米亚人》《托斯卡》这两部剧目的票房销售已过50万元，演出票售出1600张。

　　凛冬已过大半，春天的脚步越来越近。这个春天对歌剧院来说将是火热的、繁花似锦的。许忠告诉记者，歌剧院今年国际化的步伐会“快一点、再快一点”。其中包括携手上海大剧院与巴伐利亚国立歌剧院首度合作的瓦格纳歌剧《罗恩格林》将迎来中国首演；与德国埃尔福特歌剧院联合制作的《漂泊的荷兰人》、邀请国际优秀主创团队排演的《托斯卡》等合作剧目，都已经接连排上了日程表。

　　上海歌剧院党委书记、常务副院长赵蕾表示，今年春天开始，通过多维而深入的国际合作，将让更多世界名家名团听到中国声音、看到中国实力，也让更多中国优秀艺术作品与文艺院团走上国际舞台。