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）

FAA安全系统出错导致全美机场停飞，会阻碍美国航空业复苏吗？******

　　由于飞行安全系统故障，美国机场遭遇大面积停飞事故，给业务火热的美国航空业泼了一盆冷水。

　　当地时间11日上午，美国联邦航空管理局(FAA)因关键警报系统中断，下令美国国内航班停飞，持续时间约为两个小时。航班跟踪网站FlightAware数据显示，当日有1300多个美国国内往返航班被取消，约9500个航班被延误。

　　在美国，这种大范围禁飞所有航班的做法实属罕见，此前持续时间最长的先例还是2001年的“9·11”时期。这也并非美国航空业近期遭遇的首次重大意外事件，在两周前，恶劣天气曾引发过大规模航班中断，数以千计的航班延误或取消。

　　值得注意的是，美国四大航空公司的股票开年后都大幅上涨，其中美国联合航空大涨28.22%，美国航空公司每股增加20.41%，达美航空上浮17.08%，美国西南航空也有10.34%的涨幅。

FAA屡次出错引发各方不满

　　事故发生后，美国白宫责令FAA调查事件原因，美国参议院交通委员会也计划审查系统中断背后的因素。当地时间11日晚间，FAA称，其初步调查追踪到故障是由一个损坏的数据库文件引发的，并在努力“进一步确定这一问题的原因”。FAA表示，目前没有证据表明事故中发生过网络攻击。

　　这已经不是FAA的系统第一次出错。据外媒报道，上周，佛罗里达州因一个空中交通控制系统问题停飞，该州主要机场的航班被迫延误。2022年5月，美国杰克逊维尔空管中心的问题也给进出佛罗里达州的航班造成了麻烦。FAA事后表示，将增加该中心的人员配置。

　　旅游业研究公司ARG总裁哈特维尔德(Henry Harteveldt)表示：“我们似乎正经历着这些令人遗憾的、过于频繁的中断，我担心这种情况的累积效应，可能会让休闲旅行者决定减少飞行次数，也许只有在必要时才乘坐飞机。”

　　而这也可能会激化航空公司和FAA之间的矛盾。离境牌显示，原定于美东时间上午5点40分至6点10分之间离开美国纽约市肯尼迪机场的20个航班中，只有三个航班成功起飞。美国联合航空公司在宣布所有航班“停飞”后，还要安抚受停飞影响的客户，称他们能免费退票。

　　“这次故障显然不是故意的，但我认为它会使航空公司和FAA之间的关系变得紧张，”哈特维尔德说，“FAA经常非常迅速地威胁航空公司，如果他们(航空公司)不尽快有序地组织起来，就会被罚款。但航空公司却没有任何办法对FAA说，你使我们损失了许多钱，请对我们进行赔偿。”

　　美国旅游协会主席兼首席执行官弗里曼(Geoff Freeman)也在一份声明中敦促称：“今天FAA的灾难性系统故障清楚地表明，美国的交通网络迫切需要重大升级。美国人应该有一个无缝和安全的端到端旅行体验。而我们国家的经济依赖于一个一流的航空旅行系统。我们呼吁联邦政策制定者现代化我们重要的航空旅行基础设施，以确保我们的系统能够安全和有效地满足需求。”

　　美国国内航空旅行驱动行业复苏

　　加拿大皇家银行资本市场分析师赫伯特(Ken Herbert)在一份研报中称，美国国内航空旅行约占全球份额的25%，当前也仍是全球表现最好的国内市场，其2022年11月的交通量同比增长5%，与2019年11月的水平仅差约1%。

　　根据美国交通运输安全局(TSA)的数据，1月7日-9日，2023年通过机场安检的客流量已经连续三天超过2019年和2020年同期水平。

　　在此背景下，2022年末，美国一些航空公司对商业旅行需求的持续复苏表达了乐观的声音。达美航空首席执行官巴斯蒂安(Ed Bastian)称，在通货膨胀显著上升的情况下，消费者“优先考虑对自己和体验进行投资”，航空公司和更广泛的旅游业有望从这种青睐体验而非产品的趋势中受益。

　　达美航空预计在本周五(13日)发布第四季度财报。金融分析公司FactSet的分析师预计，达美航空的收益将同比增长505%，达到每股1.33美元。

　　不过，投资咨询公司BCA Research美国资产部门首席策略师唐克尔(Irene Tunkel)此前对第一财经记者表示，航空公司一般受制于美国消费者支出，因为国内旅行是该行业复苏的引擎，国际和商务旅行则较为滞后。同时，随着通货膨胀仍未回到正常水平，航空公司的成本也急剧上升。

　　“即使是较富裕的美国人也开始感受到通货膨胀的刺痛，并对可自由支配的开支变得更加谨慎，这对未来的盈利能力不是好兆头。”她称，“更糟糕的是，该行业的固定成本很高，财务杠杆很高，这使得它对经济衰退特别敏感。密集的经济逆风和鹰派的货币政策将阻碍经济复苏。”