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)
深入学习领会党的二十大精神 用新的伟大奋斗创造新的伟业******
【深入学习宣传贯彻党的二十大精神】
作者:欧阳恩良(贵州师范大学副校长)
党的二十大报告深刻阐释了新时代坚持和发展中国特色社会主义的一系列重大理论和实践问题,描绘了全面建设社会主义现代化国家、全面推进中华民族伟大复兴的宏伟蓝图,为新时代新征程党和国家事业发展、实现第二个百年奋斗目标指明了前进方向、确立了行动指南。深入学习贯彻党的二十大精神,坚持学思用贯通、知信行统一,必将进一步鼓舞和激励全党全国各族人民心往一处想、劲往一处使,为全面建设社会主义现代化国家、全面推进中华民族伟大复兴而团结奋斗,用新的伟大奋斗创造新的伟业。
1.深入学习领会贯穿党的二十大报告的马克思主义立场观点方法,强化理论武装淬炼政治品格
深入学习贯彻党的二十大报告精神,首先要学深悟透贯穿其中的马克思主义立场观点方法。党的二十大报告深刻展现了以习近平同志为核心的党中央在全面回顾过去五年的工作和新时代十年的伟大变革、对全面建成社会主义现代化强国两步走战略安排进行宏观展望,科学谋划未来5年乃至更长时期党和国家事业发展的目标任务和大政方针中,正确把握社会发展规律和时代特征,以战略思维作决策,以历史思维鉴古今,以辩证思维观大势,以系统思维揽全局,以创新思维促发展,以法治思维保安全,以底线思维控风险。坚持发展地、全面地、系统地、普遍联系地而不是静止地、片面地、零乱地、彼此孤立地观察事物,处理重大理论和实践问题。党的二十大报告强调,把马克思主义基本原理同中国具体实际相结合、同中华优秀传统文化相结合,坚持运用辩证唯物主义和历史唯物主义,才能正确回答时代和实践提出的重大问题。继续推进实践基础上的理论创新,首先要把握好习近平新时代中国特色社会主义思想的世界观和方法论,坚持好、运用好贯穿其中的立场观点方法。
把握和站稳以人民为中心的马克思主义立场。人民性是中国共产党的根本阶级属性,人民立场是中国共产党的根本政治立场,全心全意为人民服务是中国共产党的根本宗旨。坚持以人民为中心的马克思主义立场贯穿于党的二十大报告之中。报告强调,江山就是人民,人民就是江山。中国共产党领导人民打江山、守江山,守的是人民的心。治国有常,利民为本。为民造福是立党为公、执政为民的本质要求。必须坚持在发展中保障和改善民生,鼓励共同奋斗创造美好生活,不断实现人民对美好生活的向往。报告既深刻论述了坚守马克思主义人民立场的思想内涵,同时从着力推动高质量发展、实施科教兴国战略、发展全过程人民民主、坚持全面依法治国、推进文化自信自强、增进民生福祉、促进人与自然和谐共生等各个方面阐明了在全面建成社会主义现代化强国过程中坚守马克思主义人民立场的实践路径。
开辟马克思主义中国化时代化新境界。“不断谱写马克思主义中国化时代化新篇章,是当代中国共产党人的庄严历史责任。”新时代十年来,我们党勇于进行理论探索和创新,以全新的视野深化对共产党执政规律、社会主义建设规律、人类社会发展规律的认识。习近平新时代中国特色社会主义思想,实现了马克思主义中国化时代化新的飞跃,为新时代党和国家事业发展提供了根本遵循。“十个明确”“十四个坚持”“十三个方面成就”有机融合、相互贯通,体现了理论与实际相结合、认识论和方法论相统一的鲜明特色,必须长期坚持并不断丰富发展。实践没有止境,理论创新也没有止境。新时代新征程继续推进实践基础上的理论创新,必须坚持人民至上,坚持自信自立,坚持守正创新,坚持问题导向,坚持系统观念,坚持胸怀天下,不断提出真正解决问题的新理念新思路新办法,始终保持马克思主义的蓬勃生机和旺盛活力。
2.深入学习领会党的二十大报告阐述的党的政治建设基本原则和要求,始终坚持党对中国特色社会主义事业的全面领导
党的二十大报告明确提出,“以党的政治建设统领党的建设各项工作”,“确保党永远不变质、不变色、不变味”。中国特色社会主义最本质的特征就是中国共产党领导,全面建设社会主义现代化国家、全面推进中华民族伟大复兴,关键在党,坚持党的全面领导是坚持和发展中国特色社会主义的必由之路。全体党员干部必须学深悟透,把握好党的政治建设基本原则,保持党的政治本色,推动党对社会主义现代化建设的领导在职能配置上更加科学合理、在体制机制上更加完备完善、在运行管理上更加高质高效,确保党对社会主义现代化建设的全面领导。
加强党的政治建设,首要任务是要深刻领悟“两个确立”的决定性意义,从政治高度理解和把握“两个确立”的实践要求。中国共产党是马克思主义政党,坚强的领导核心和科学的理论指导是我们党创造历史伟业的成功密码。“两个确立”是党在新时代取得的重大政治成果,体现了我们党坚定的历史自信和伟大的历史主动精神。自觉拥护“两个确立”、做到“两个维护”是实现党的全面领导的根本要求,有利于发挥中国共产党领导这一最大制度优势,推动全党始终保持统一的思想、坚定的意志、协调的行动、强大的战斗力。把加强党的集中统一领导作为全党共同的政治责任,确保党始终发挥总揽全局、协调各方的领导核心作用,在坚持和发展中国特色社会主义的历史进程中始终成为坚强领导核心。
加强党的政治建设,就要切实把增强“四个意识”、坚定“四个自信”、做到“两个维护”落到行动上。党的二十大报告强调,“坚持和加强党中央集中统一领导”,“健全总揽全局、协调各方的党的领导制度体系,完善党中央重大决策部署落实机制,确保全党在政治立场、政治方向、政治原则、政治道路上同党中央保持高度一致,确保党的团结统一”。这就要求全体党员干部坚定党性原则,加强党性修养,不断提高政治判断力、政治领悟力、政治执行力,把学习贯彻党的二十大精神体现到制定政策、推进工作中去。
加强党的政治建设,就要坚定不移全面从严治党,坚持以党的自我革命引领社会革命。党的十八大以来,党中央以“得罪千百人、不负十四亿”的使命担当祛疴治乱,反腐败斗争取得压倒性胜利并全面巩固,党找到了自我革命这一跳出治乱兴衰历史周期率的第二个答案。全面建设社会主义现代化国家,我们党必须时刻保持解决大党独有难题的清醒和坚定,全党同志务必不忘初心、牢记使命,务必谦虚谨慎、艰苦奋斗,务必敢于斗争、善于斗争。落实新时代党的建设总要求,健全全面从严治党体系,全面推进党的自我净化、自我完善、自我革新、自我提高。完善党的自我革命制度规范体系,坚持制度治党、依规治党。健全党统一领导、全面覆盖、权威高效的监督体系,完善权力监督制约机制,以党内监督为主导,促进各类监督贯通协调,让权力在阳光下运行。建设好堪当民族复兴重任的高素质干部队伍,提高党员干部斗争精神和斗争本领,增强党组织政治功能和组织功能。
3.深入学习领会党的二十大报告阐述的“全面建成社会主义现代化强国”丰富内涵,为实现中华民族伟大复兴不懈奋斗
党的二十大报告向全世界宣示,新时代新征程“中国共产党的中心任务就是团结带领全国各族人民全面建成社会主义现代化强国、实现第二个百年奋斗目标,以中国式现代化全面推进中华民族伟大复兴”。全面建成社会主义现代化强国,我们既需要筑牢思想根基,把稳政治方向,同时也需要掌握领导全面建设社会主义现代化国家的高强本领。深入学习贯彻党的二十大报告,就必须深刻领悟贯穿其中的一系列深邃思考和科学判断,深刻领悟贯穿其中的一系列原创性治国理政新理念新思想新战略。
深刻把握坚持中国特色社会主义不动摇。中国特色社会主义,是科学社会主义理论逻辑和中国社会发展历史逻辑的辩证统一。坚持中国特色社会主义,就是要坚持中国特色社会主义道路、理论、制度、文化,就是要在中国共产党领导下,坚持以经济建设为中心,坚持四项基本原则,坚持改革开放,坚持独立自主、自力更生,坚持道不变、志不改,既不走封闭僵化的老路,也不走改旗易帜的邪路,坚持把国家和民族发展放在自己力量的基点上,坚持把中国发展进步的命运牢牢掌握在自己手中。
深刻把握中国式现代化的基本特征。以中国式现代化全面推进中华民族伟大复兴,是新时代新征程中国共产党的崇高使命。世界上既不存在定于一尊的现代化模式,也不存在放之四海而皆准的现代化标准。党的二十大报告明确指出,中国式现代化,是中国共产党领导的社会主义现代化,既有各国现代化的共同特征,更有基于自己国情的中国特色。中国式现代化具有五个方面的特征:是人口规模巨大的现代化,我国十四亿多人口整体迈进现代化社会,规模超过现有发达国家人口的总和,艰巨性和复杂性前所未有;是全体人民共同富裕的现代化,共同富裕是中国特色社会主义的本质要求;是物质文明和精神文明相协调的现代化,中国式现代化追求的是既物质富足又精神富有,是人的全面发展;是人与自然和谐共生的现代化,坚定不移走生产发展、生活富裕、生态良好的文明发展道路;是走和平发展道路的现代化,坚定站在历史正确的一边、站在人类文明进步的一边。中国式现代化道路切合中国实际,既体现了社会主义建设规律,也体现了人类社会发展规律。
深刻把握全面建成社会主义现代化强国的实践要求。党的二十大报告指出,全面建成社会主义现代化强国,总的战略安排是分两步走:从二〇二〇年到二〇三五年基本实现社会主义现代化;从二〇三五年到本世纪中叶把我国建成富强民主文明和谐美丽的社会主义现代化强国。必须增强忧患意识,坚持底线思维,在实践中坚持和加强党的全面领导,坚持中国特色社会主义道路,坚持以人民为中心的发展思想,坚持深化改革开放,坚持发扬斗争精神,依靠顽强斗争打开事业发展新天地。全面建设社会主义现代化国家,必须将高质量发展作为首要任务,将教育、科技、人才作为基础性、战略性支撑,将人民民主作为应有之义,将加快把人民军队建成世界一流军队作为战略要求,坚持全面依法治国,推进文化自信自强,增进民生福祉,推动绿色发展,推进国家安全体系和能力现代化,开创国防和军队现代化新局面,推进祖国统一,促进世界和平与发展。
4.深入学习领会党的二十大报告阐述的构建人类命运共同体思想意蕴,推动建设更加美好的世界
我们党始终坚持胸怀天下,从人类发展大潮流、世界变化大格局、中国发展大历史中去认识和处理同外部世界的关系。党的十八大以来,以习近平同志为核心的党中央坚定不移推动构建人类命运共同体、全面推进中国特色大国外交,我国国际影响力、感召力、塑造力显著提升。党的二十大报告对构建人类命运共同体的价值目标和实践路径进行了深刻阐述,充分体现了爱国精神与国际主义的高度统一、中国气派与世界情怀的高度统一。
坚持和平共处五项原则,推动构建新型国际关系。党的二十大报告指出,当前,世界之变、时代之变、历史之变正以前所未有的方式展开。中国坚定奉行独立自主的和平外交政策,始终坚持维护世界和平、促进共同发展的外交政策宗旨,致力维护国际关系基本准则和国际公平正义,坚决反对一切形式的霸权主义和强权政治,反对冷战思维,反对干涉别国内政,反对搞双重标准。深化拓展平等、开放、合作的全球伙伴关系,秉持真实亲诚理念和正确义利观,加强同发展中国家的团结合作,维护发展中国家共同利益。坚持经济全球化正确方向,不断以中国新发展为世界提供新机遇,推动建设开放型世界经济,共同营造有利于发展的国际环境。积极参与全球治理体系,推进国际关系民主化,推动全球治理朝着更加公正合理的方向发展。
弘扬全人类共同价值。2015年,习近平总书记在第七十届联合国大会一般性辩论上发表讲话时指出,和平、发展、公平、正义、民主、自由,是全人类的共同价值。之后,又在多个重要场合对坚守和弘扬全人类共同价值进行过重要论述。全人类共同价值凝聚了人类不同文明的价值共识,凝聚了世界各国人民普遍认同的价值理念的最大公约数,既超越了国家、民族、党派的主体差别,也超越了意识形态、社会制度和发展水平差异,为构建人类命运共同体提供了牢固的价值纽带。
推动构建人类命运共同体。人类是一个整体,地球是一个家园。任何人、任何国家都无法独善其身。中国主张国家不分大小、强弱、贫富一律平等,各国和各国人民共同享受尊严,共同享受发展成果,共同享受安全保障,每个国家在谋求自身发展的同时,要积极促进其他国家共同发展。党的二十大报告指出,中国坚持对话协商,推动建设一个持久和平的世界;坚持共建共享,推动建设一个普遍安全的世界;坚持合作共赢,推动建设一个共同繁荣的世界;坚持交流互鉴,推动建设一个开放包容的世界;坚持绿色低碳,推动建设一个清洁美丽的世界。构建人类命运共同体是世界各国人民前途所在,我们应该携起手来,和衷共济、和合共生,朝着构建人类命运共同体方向不断迈进,共同创造更加美好的未来。
(本文系国家社科基金重大项目“新时代推进马克思主义学习型政党建设研究”〔22ZDA036〕的阶段性成果)
《光明日报》( 2023年01月10日 06版)
(文图:赵筱尘 巫邓炎)