点击右上角
微信好友
朋友圈
请使用浏览器分享功能进行分享
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）
东西问丨刘敬辉：美国教科书如何塑造美国孩子的中国印象？******
中新社北京1月9日电 题：美国教科书如何塑造美国孩子的中国印象？
——专访加州州立大学终身教授刘敬辉
作者 任雨萌
2022年，全美已有伊利诺伊州、新泽西州、加州等7个州要求K-12(幼儿园最后一年至12年级)教学中必须涵盖亚裔文化的相关内容。在此之前，美国中小学历史和社会学课程指导大纲标准中，已列出有关中国历史文化的知识点，但其准确性和全面程度不尽人意，导致学生对中国的认知可能出现偏差。
教科书作为孩童了解世界的窗口，将奠定一个人的思想和文化基础，以“先入为主”的方式影响其一生。美国教育学博士、加州州立大学华裔终身教授刘敬辉(Jack Liu)近日接受中新社“东西问”专访，解读美国孩童获得中国历史文化启蒙的主要渠道，探究美国教科书背后的中国观。
中新社记者：一般来说，美国K-12学段的孩子对中国的了解有多少？在他们的印象中，有哪些词汇可以代表中国？
刘敬辉：由于中国历史文化教育在美国并非主流，美国孩子对中国的了解并不多，了解程度存在地域差异。以加州为例，当地孩童在多元文化中成长，身边不乏华人或华裔同学的身影，因此见怪不怪。然而，他们的认知中，这些同学仅是肤色、样貌与自身不同，其他并无太大差别。
中华文化大乐园纽约夏令营在布鲁克林鸣远中文学校开营。廖攀 摄实际上，美国人是从少数族裔的角度出发看待华人的——美国有三大少数族裔群体，非裔(Africa Americans)，墨西哥裔(Chicano或 Chicana)或拉丁裔(Latino Americans)，亚裔(Asian Americans)。这里的亚裔与我们印象中的亚洲人概念不同。在我们看来，亚裔主要由东亚群体组成，但美国把所有的亚洲人，包括菲律宾人、印度人也涵盖在这一大概念中。
至于哪些词汇与中国有关，“熊猫”毋庸置疑是其中一个。至于孔子等历史名人，由于仅出现在课堂中，并非孩子们的兴趣爱好，因此不会过多关注。
中新社记者：美国学校提供的汉语教学或中国的历史教育能否被视为了解认识中国的主要渠道？他们从教科书中看到的中国是什么样的？
刘敬辉：对于美国青少年来说，除非其父母曾去中国旅游，或他们有非常要好的中国朋友，教科书应是他们学习中国历史文化的主要渠道。然而，学生在教科书里学到的仅是一部分中国文化，对当下中国的发展了解甚少。
美国学生在小学最后一年(六年级)开始接触中国早期古代文明。在美国教科书中，中华文明被列为世界八大文明之一，除我们所知的四大古文明(古中国、古印度、古埃及和古巴比伦)，美国增列出玛雅文明、罗马文明、希腊文明和犹太文明。因此，美国学校并未将中国历史单拎出来细致讲解，孩子们也是将华夏文明作为古文明之一来学习记忆的。
2014年10月17日，经过美国宝尔博物馆董事长施刘秀枝女士历时11年的不懈努力，120余件珍贵的三星堆文物和金沙文物漂洋过海来到美国加州，拉开“中国失落的古文明：神秘的三星堆”展览帷幕。毛建军 摄中新社记者：美国课堂在介绍中华文明起源时，有哪些特点？其中对东西方历史的对照研究比重大吗？
刘敬辉：美国教科书以时间为线索、按主题将同时期的几大文明对比讲解。
例如美国教科书基于“轴心时代”学说，将孔子和儒家学说为代表的中国文明与希腊文明作比较。“轴心时代”学说认为，公元前500年左右，全世界最发达的几种文明同时存在。
美国教科书中，古希腊哲学家苏格拉底开创了整个欧洲、甚至西方文明，奠定了各类学科发展的基础；在遥远的东方，孔子则是同时期成就卓著的思想家、哲学家，他开创儒家学派，创办私学。
书中还特别提到，与苏格拉底并称“希腊三贤”之一的亚里士多德进一步创建了Academy(学院)，作为人们交流所学的场所，西方自此形成了辩论的艺术。而同时期中国的“稷下学宫”能与之媲美。稷下学宫现位于山东淄博，是齐宣王为各学派学者设置的辩论场所，许多已有声名、著书立说的学者在那里碰撞出了思想的火花。
航拍稷下学宫遗址。稷下学宫始建于公元前374年，是世界上第一所由官方举办、私家主持的特殊形式的高等学府，促成了天下学术“百家争鸣”局面的形成。梁犇 摄这些内容鲜少出现于中国的历史课本中，反而出现在外国的教科书中，这是因为按照西方的标准，辩论是文明进步的重要一环。
再如美国教材中讲到罗马时会介绍中国汉朝，将罗马鼎盛时期称作“黄金时代”，认为中国的“黄金时代”是汉朝，因为汉建立了一套不同于秦的统治思想，令儒家思想成为正统，也因为佛教于汉明帝时期最早传入。教材中则侧重讲丝绸之路和佛教传入中国的相关知识。
中新社记者：在你看来，美国课本上的知识能否让青少年对中国的了解足够准确、全面？若不能，不足之处有哪些？
刘敬辉：实际是不全面的，由于美国教材将世界上所有的文明都以对比的模式教授，因此各个文明都是以断点的形式呈现。就中国历史来说，美国仅介绍了几个朝代，因此学生在学习时会遇到许多困惑。
与此同时，美国中小学历史教科书及历史教学模式往往过多以美国的政治和国家利益为中心，从西方历史文化角度出发解读中国。
美国教科书中有关孔子讲学的内容。受访者供图如美国小学课本在突出孔子的为官经历时，将其鲁国“司寇”的官职直接译成“司法部长”。在介绍儒家思想时，美国中小学课本也仅集中于孔子个人的思想成就，将儒家思想看作孔子主义(Confucianism)，只取前期的儒家思想，也就是春秋时期的儒家思想做片段化的截取讲解。
到了大学阶段，美国教材则将儒家思想作为宗教来讲，就是儒教，英文同样写作Confucianism。这种解读实际是将西方宗教的框架体系套用于中国所得的结论。
在西方，包括马克斯·韦伯等社会学家都认为，宗教改变了欧洲，宗教带来了资本主义，因此他们也沿用宗教这一概念来讲述中国历史，这是不准确的。
中新社记者：如果说中国古代史离美国青少年距离较远，那他们是否了解在美华人的情况？除课本外，有无其他知识普及的途径？效果如何？
刘敬辉：目前美国中小学课本中关于华人移民史的内容基本缺失，部分大学会开设有关亚裔的课程，其中包含华人移民史。另外，由于教科书由各州制定，因此情况存在地域差异——在华裔人口较多的美国西部，会有更多高校设置相关课程。
美国世界史教科书封面。受访者供图实际上，一些与华人移民相关的历史文化早已浸润于美国人的日常生活中，但如果书中不讲，美国人不会意识到。
如“Long time no see”(好久不见)这个英文短语实际是华人创造的。19世纪中期，一些在美修建铁路的华工略懂英语，他们将中英糅杂在一起，创造出了“Long time no see”的说法。虽然语法有错误，但这一短语自此进入英文语言体系，并成为主流。还有“tea”源自广东话里的“茶”；“silk”就是中文的“丝”，读音很相近。
除课本外，华裔名人也是美国青少年了解中国的窗口。且随着近年来亚裔平权运动在美兴起，更多美国人对华人有了进一步的认识。
前不久第三代华裔移民黄柳霜登上美国货币就是在此大背景下发生的。黄柳霜是首位在好莱坞星光大道留星的华裔演员，实际上她也是首位批评好莱坞种族歧视、同工不同酬的女性。
美籍华裔女演员黄柳霜。George Rinhart 摄中新社记者：目前，全美7个州的K-12教材中有关中国或华人的内容大致有多少？如何让美国新生代更加全面、准确地了解和认识中国？
刘敬辉：虽没有具体统计数字显示相关内容占比，但该比例是逐渐增多的。其中一个表现是，教科书中开始出现描绘华人的插画，以前这些插画主角都是白人。而这一现象不局限于历史课本，数学书中也能看到华人父母搂着孩子学数学的插画。
让美国新生代更加全面准确了解和认识中国的最佳途径是赴华留学。我曾于2008年带领美国学生去山东青岛游学，让他们跳脱出教科书里有关古代中国历史的只言片语，亲自感受中国的历史文化和当下发展。
浙江省湖州市德清县新市古镇，皮影戏艺人指导留学生练习皮影戏。谢尚国 摄实际上，这一教学方法的效用已在东南亚得到充分印证。菲律宾华人企业家陈永栽在培养子女接触中华文化时分三步走，第一是学华文，第二是到中国各个省份参观探访，第三是将他们送进北大接受教育。在这一点上，美国基础教育可以借鉴。
中新社记者：自小形成的对华印象会对青少年的成长过程造成哪些影响？这些初始观感在塑造下一代涉华认知时发挥怎样的作用？
刘敬辉：美国青少年自大学一二年级接触通识教育，再加上阅读各种新闻媒体的报道，或赴华游学后，才会形成较为完整的对华印象。但他们的中国观却是在接受基础教育的过程中启蒙的。
中国观通常存在学生或普通民众的潜意识中，当外界产生事件(events)时，会激发对“事实”的认知并形成观点。这种认知和观点来源于他们曾经接触的有关中国的知识和长久的主流社会文化氛围的感知。
德国小伙托比(Tobi)“#IAmChina”(我是中国)的标签，在不同的国际社交媒体上传递对中国抗击疫情的声援。视频截图我主导的一个中外研究团队研究发现，厘清美国中小学教材中的中国关键词，有利于了解美国青少年所学习的中国历史、文化和相关中国观的形成过程，从而掌握美国高校学生的已经逐渐形成的中国知识框架。
希望未来编写一本工具书，以兴趣为起始点，解密中国观背后的关键词，令美国青少年读者通过对这些关键词的理解，塑造比较全面准确的中国观。简单来说，就是用关键词引出中国故事，讲好中国故事。(完)
受访者简介：
加州州立大学终身教授刘敬辉刘敬辉(Jack Liu)，美国教育学博士，美国加州州立大学华裔终身教授，研究领域为汉学、中国文明、德鲁克跨文化管理哲学。
（文图：赵筱尘 巫邓炎） [责编：天天中] 阅读剩余全文（）  视觉焦点
网信购彩地图 |
)