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）
东西问丨霍巍：为什么西藏文明轨迹始终向东发展？******
中新社成都1月17日电 题：为什么西藏文明轨迹始终向东发展？
——专访四川大学中国藏学研究所所长霍巍
中新社记者 贺劭清 岳依桐
中国西藏地区的文字出现于公元7世纪吐蕃王朝建立以后，此前漫长的时段无文献可据。由于传统藏学研究主要依赖汉、藏文献和极少量的吐蕃金石、简牍材料，无法解决考古学上关于西藏人类起源、农业起源、文明起源的关键性问题。经过数代中国考古工作者接力，这些问题实现突破，西藏考古的话语权逐渐转移到中国学者手中。
科学考古证据显示，西藏的文化和文明始终和中国内地紧密联系，为何其文明轨迹始终向东发展？西藏考古如何为全人类提供“高原文明”独一无二的世界样本？四川大学历史文化学院院长、四川大学中国藏学研究所所长霍巍日前就此接受中新社“东西问”独家专访。
现将访谈实录摘要如下：
中新社记者：西方考古工作者在西藏地区的考古工作有何建树与局限？中国对西藏地区的考古工作最早可追溯至何时？
霍巍：西藏考古可以说是一门国际显学，在西藏和平解放前，以“藏学家”身份进入西藏进行“考古”“探险”活动，可以说是西方学者的“专利”。其中代表人物是意大利人朱塞佩·杜齐，他在西藏佛教艺术研究、西藏西部的部分遗址考察方面做出了一定成绩，但总体而言，科学性不强，比较零散、不成系统，且大部分工作以地面采集、寻访为主。
虽然西方学者曾一度开启西藏考古之门，但真正科学意义上的西藏考古工作是在西藏和平解放之后才真正兴起。以著名考古学家童恩正教授在西藏昌都卡若发掘了新石器时代的卡若遗址为标志，西藏考古进入地下发掘阶段。
这个距今约5000年左右的遗址，第一次将西藏高原史前人类生存活动的科学证据揭露于世。原来早在新石器时代，西藏高原已有定居人群。他们用骨针缝纫衣物，会种植小米(粟)，制作陶器，甚至还会用动物骨头、陶器残片和远方输入的海贝制作精致的装饰品。考古工作者在获取大量科学材料的同时，提出了卡若遗址的先民与中原文化、黄河流域新石器时代文化之间相互交流的问题。
西藏博物馆展出的西藏卡若遗址房屋遗迹复原微缩实景。来源：视觉中国中新社记者：西藏考古的话语权，如何从西方学者逐渐转移到中国学者手中？
霍巍：在各民族考古工作者不断努力下，中国在西藏考古学上关于人类早期文明最主要的三大关键性问题，即人类起源、农业起源、文明起源，这些过去西方学者很少涉猎、且缺乏科学考古材料的领域不断取得突破。西藏考古的话语权逐渐转移到中国学者手中。
举例来说，早期人类是什么时候踏上青藏高原这个问题，西方学者几乎无解。近几年通过中国学者的努力，我们可以有把握地讲，距今5万年前左右，人类已经定居在青藏高原，开始了他们的文明创造。在5000年前左右，已经有了像卡若遗址这样的新石器时代农业聚落，人们在这片土地学会种植小米，随后引进了青稞。
即使是进入有文献记载的西藏历史时期，考古学仍然在很大程度上改写、丰富着西藏历史。如我们在中尼边境吉隆发现的唐代官方使节王玄策所建《大唐天竺使出铭》石碑。这块石碑的发现是目前实证唐—吐蕃—天竺道路的唯一实物证据，比今天大昭寺前的唐蕃会盟碑要早出一百多年。
这项20世纪以来中印交通史、唐蕃交通史上最为重大的考古发现，说明中国学者利用天时地利之便，在西藏考古领域不断取得新成果。目前中国考古工作者提出的关于象雄考古、吐蕃考古、高原丝绸之路考古、西藏佛教石窟寺考古等前沿性的学术课题，已引起国际藏学界高度关注，其研究成果日益得到中外学术界的高度认同。
中新社记者：《大唐天竺使出铭》是否实证了传奇人物王玄策的存在？能否展开讲讲这一石碑的出土过程和意义？
霍巍：文献曾记载，在吐蕃时期，也就是公元7世纪左右，中印之间有一条重要的国际通道，唐代使节王玄策曾利用这条通道前往印度。王玄策第二次出使时，遇上天竺内乱。王玄策和他的副手在吐蕃松赞干布、文成公主以及泥婆罗的帮助下，帮助天竺平定内乱，完成了这项出使工作。
虽然在不少海内外的民间故事中，王玄策常以“大唐第一猛人”的形象出现，但在《大唐天竺使出铭》发现前，学界对唐代中西交往史存在诸多疑惑，无论是王玄策，还是关涉出使路线的蕃尼古道，都对其存在与否有着极大质疑。中外考古工作者曾多次探寻这条古道的遗迹，如19世纪末法国学者烈维·格里逊为了寻找王玄策当年在印度耆崛山所建碑铭的遗迹，曾经亲临实地考察，但最后却不得不“顾此山草木蔓愆，攀登甚难，失望而返”。
1990年6月，我们在吉隆考古调查期间，在当地民众帮助下，寻访到了一块宽81.5厘米、残高53厘米，悬挂着哈达、涂满了酥油的碑刻。老乡长告诉我们，当地藏族民众对这块刻有汉字的“石头”十分崇敬，认为是可以保佑地方平安的“神灵”。
《大唐天竺使出铭》碑铭局部。受访者供图擦洗碑刻后，碑上的文字逐渐显现，首先映入眼帘的便是用篆字书写的额题“大唐天竺使出铭”。这方碑刻虽已残损，但还残留有阴刻楷书24行，从书法和格式上都具有唐代碑铭的特点。经考证，它记录了王玄策第三次出使，是目前西藏发现的年代最早的唐代碑铭，也是唐—吐蕃—天竺道路的重要实证。
中新社记者：为什么西藏文明的轨迹始终朝东发展？西藏考古如何为全人类提供了“高原文明”独一无二的世界样本？
霍巍：青藏高原是地球上平均海拔最高的地区，长期被认为是“人类生命禁区”。西藏考古的科学发现，用大量实物证据打破了这一神话，并提供了早期人类为什么能适应高原、在高寒缺氧的情况下生存发展的人类学依据。
此外，西藏考古还从文化特征上，向世界展示生活在高原上的人群，如何通过他们的艺术创造，在宗教、美术、哲学等方面形成自己的文化特色，成为了非常重要的西藏文化符号。
金刚亥母。刘宝成 摄通过西藏考古还让我们看到，从史前时期到各个历史阶段，生活在这片高原的人们，他们总体的发展趋势是东向发展，和内地紧密联系在一起。
如早在5000年前，卡若遗址的先民就已经和黄河上游地区发生了很密切的联系；唐代的文成公主、金城公主进藏，带来了中原地区先进的宗教、文化、制度、典章、服饰和技术，促成吐蕃加速融入到以唐朝为中心的中华文化圈；元朝西藏纳入到中央行政管辖，从此奠定了西藏与中央政府之间的从属关系，直到明清民国都未曾改变。
这些历史事实都足以证明，西藏自古以来就是中国不可分割的一部分。如果我们问西藏文化的底色在哪里，西藏文化的底色是在东亚文化圈，是中华民族多元一体大家庭中的一员。(完)
受访者简介：
霍巍，现任四川大学历史文化学院(旅游学院)院长、四川大学博物馆馆长、教育部人文社会科学重点研究基地四川大学中国藏学研究所所长等职，任国务院学科评议组考古学科召集人之一、国家社科基金评委、教育部本科教学指导委员会委员、中国考古学会理事、四川省史学会副会长、四川省博物馆学会副理事长等学术职务。
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