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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）

美大幅增加新财年国防预算******

　　美国2023财年国防预算计划为阿利伯克级驱逐舰提供22亿美元。图为正在维修的阿利伯克级“菲兹杰拉德”号驱逐舰。

　　近期，美国国会参众两院先后批准通过2023财年《国防授权法案》。根据这份法案，美国明年的国防预算将达到8580亿美元，创历史新高。分析人士认为，在当前经济状况不佳、财政赤字面临失控的情形下，美国仍大幅增加国防预算，不仅充分暴露其穷兵黩武的本质，也将对未来国际安全形势产生不容忽视的影响。

　　加大前沿军事技术研发力度

　　据悉，美国此次国防预算投入的重点领域包括人工智能、军用5G技术、量子计算与加密运用等，这些也是构成美军“联合全域指挥控制”作战概念的关键性技术。通常情况下，美国的国防预算开支包含两大部分。一部分由美国国防部支配，用于保持美军内部运转、维持美军全球军事行动、采购武器装备、开展颠覆性军事技术研发等，另一部分由美国能源部等单位支配，主要用于美核武库的维护和升级改造等。在此次公布的2023财年国防预算中，美国将用于颠覆性军事技术研发的经费提升至1301亿美元，比2022财年的1120亿美元增加181亿美元，增幅超过16%。

　　此外，由于美国拥有庞大的核武库，在2023财年国防预算中，核武器预算依然处于历年最高。美国计划投入63亿美元建造哥伦比亚级战略导弹核潜艇，投入50亿美元打造B-21轰炸机，投入36亿美元研制新一代陆基洲际弹道导弹，以不断提升“三位一体”核打击能力。同时，美国计划投入48亿美元用于升级核指挥控制系统，强调发挥战术核武器潜在的实战运用可能。

　　借口“大国竞争”提升战备能力

　　近期以来，美国先后发布《国家安全战略报告》《国家防务战略报告》等一系列战略文件，声称由于竞争对手的综合国力不断发展，导致美国的相对优势不断缩小，并强调应对“大国竞争”仍将是美国未来一段时期的主要任务目标。

　　从2023财年国防预算的分配可以看出，美国借口“大国竞争”提升战备能力的举措具有明确针对性。例如，为加强对俄罗斯的军事遏制，2023财年国防预算中专门列出一项“欧洲威慑倡议”，用以支撑对俄军事遏制活动，其中包括投入47亿美元用于高超音速武器研发，以弥补与俄罗斯“匕首”高超音速导弹的差距。此外，2023财年国防预算为所谓“太平洋威慑倡议”拨付61亿美元，以确保美国在亚太地区拥有足够战略资源和军事能力，具体包括提升驻太平洋地区美军导弹防御能力、部署陆基远程精确打击武器及增强驻太平洋地区美军的前沿部署态势等。

　　同时，美国还进一步优化美军装备结构体系，重点加大对远近程火力、各军种作战平台、作战网络、防空反导及战场基础设施等针对性战备能力的投入。例如，2023财年国防预算专门拨款80多亿美元采购高优先级弹药，包括1.2万余枚AGM-179空对地导弹、2万余枚精确制导火箭弹、1700余枚MGM-140“陆军战术导弹”、4000余枚远程反舰巡航导弹、2600余枚“鱼叉”反舰导弹、3500余枚“爱国者”防空导弹、6000余枚AIM-120空对空导弹及1500余枚“标准”-6中程防空导弹等。

　　穷兵黩武危害世界和平

　　纵观历史，美国一直痴迷于通过武力等手段扩张势力范围，谋求世界霸主地位。过去几十年里，美国一直在制造“假想敌”，幻想自己受到某种威胁，并以此为借口不断制造事端。例如，美国以“反恐”之名，将阿富汗、伊拉克、利比亚、叙利亚等国相继推向战场；美国不顾俄罗斯强烈反对，积极推进北约东扩，频繁对俄进行挑衅，最终引发俄乌冲突。

　　美国日益频繁的军事活动自然需要庞大的军费作为支撑。事实上，自2018财年起，美国的国防预算一直呈上升趋势，并逐渐进入增长“快车道”。拜登政府执政后，更加强调以技术优势获取装备和作战优势，扩大与竞争对手的军事代差，导致军费开支大幅提升。历史和现实都证明，穷兵黩武是破坏世界和平的最大祸源。可以预见，在持续高额军费开支的支撑下，未来美国的全球军事活动还将更加频繁。而美国这种通过无限增加军费开支来追求霸权和所谓绝对安全的做法，无异于缘木求鱼，不仅无益于地区安全形势，还会引发“连锁反应”，导致新一轮军备竞赛，给未来国际安全形势发展带来极大隐患。

　　（作者：方晓志，为国防科技大学国际关系学院副教授）

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）