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彩神快32023-01-31 16:05

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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)

车市发展启动新引擎******

  记者 吴博峰 文/摄

  当前,我国汽车市场正处于转型升级的关键节点。汽车市场稳定增长,对确保我国车市健康长远发展、为市场转型升级面临的各种挑战赢得主动权,具有重要意义。

  我国作为全球最大汽车市场,已连续13年稳居市场销量冠军宝座。在此背景下,如何激发汽车消费市场新活力、加速市场回暖,成为业内关心的焦点。

  车市增长有底气

  “尽管近几年我国车市出现了一定幅度波动,但车市长期向好的基本面没有发生变化。从长远来看,目前我国汽车工业产销已处于短期调整的尾声,未来车市将保持稳中向好的增长态势。”中国汽车工业协会副总工程师许海东向《中国消费者报》记者表示,考虑到我国车市发展的特征和阶段,预计今年我国汽车总销量将达到2760万辆,同比增长3%。

  截至2022年,我国汽车市场年销量已连续多年稳定保持在2500万辆以上。在多位业内人士看来,我国汽车消费市场仍有很大发展潜力。国家信息中心副主任徐长明曾公开表示,从需求侧来看,我国汽车市场有相当大的需求潜力还未完全释放,考虑到经济发展以及人们出行需求的提升,预期我国汽车市场全年销量的峰值在4000万辆左右。

  无独有偶,日前,中国汽车工业协会副秘书长陈士华对《中国消费者报》记者表示,预计未来我国汽车全年销量的最高点在4000万辆左右,而现在全年最高销量始终未突破3000万辆关口,意味着我国汽车消费市场还有较大提升空间。

  除此之外,作为拉动汽车市场增长的重要引擎,二手车在汽车市场中扮演着重要角色。

  为激发二手车消费市场潜力,去年以来,二手车消费市场利好政策接踵而至。记者注意到,包括二手车行业临时产权制度、汽车年检放宽、取消二手车转籍限迁等利好政策释放,为二手车市场发展提供了信心和保障。

  不久前,商务部、公安部、海关总署联合发布《关于进一步扩大开展二手车出口业务地区范围的通知》,提出为积极有序扩大二手车出口,新增14个地区开展二手车出口业务。

  新年伊始,全国乘用车市场信息联席会秘书长崔东树在接受《中国消费者报》记者采访时表示,换购已成为汽车市场的第一大需求,二手车将起到决定性作用。活跃二手车市场,一方面置换消费会带来结构升级进而拉动新车销售;另一方面,二手车降低了消费门槛,通过畅通二手车的梯次消费和流通,能够有效扩大整个汽车消费规模。“综合来看,今年汽车市场会迎来新的增长阶段,期待主流消费者购买力进一步恢复,为稳定汽车消费市场信心奠定基础。”他说道。

  多举措促消费

  长期以来,当某项在汽车消费市场发挥重要作用的利好政策退出市场后,往往会在短时间内引发汽车市场的波动。在这种情况下,如何保持汽车市场来之不易的发展局面,是广大消费者关心的话题。崔东树表示,当国家层面利好政策退出后,地方性利好政策的及时出台有助于缓解消费市场因政策切换所带来的焦虑,有助于国内汽车市场实现平稳过渡。

  记者注意到,随着国内车市步入市场化发展的全新阶段,多地在去年底出台了多项汽车消费利好政策。仔细观察,这些地方性利好政策覆盖了消费者买车、用车各个环节,从多方面满足消费市场需求,为今年汽车市场稳定增长提供了充分保障。

  2022年12月12日,浙江省财政厅发布《关于提前下达2023年节能减排补助资金(新能源车推广应用中央财政补助资金)预算的通知》,提前下达2023年节能减排补助资金预算合计157231万元,用于2018年至2020年度新能源车推广应用中央财政补助资金清算和2020年至2022年度新能源车推广应用中央财政补助资金预拨。支持符合补贴政策要求的新能源车产品推广应用,进一步扩大新能源车产品消费。

  2022年12月21日,深圳市人民政府办公厅印发《深圳市促进绿色低碳产业高质量发展若干措施》的通知,提出要持续推广新能源车,通过结合促消费政策实施安排,适时实施新购置符合条件新能源车购置补贴政策,以及对提前报废或迁出“国IV”及以下普通小汽车并购置符合条件的新能源车补贴政策等,促进新能源车销售。

  对于广大新能源车主而言,成熟的充电基础配套设施建设是确保使用体验的关键所在。针对这一需求,四川省发改委等部门日前印发《四川省电能替代推进方案(2022—2025年)》,提出在城乡公共区域、高速公路、景区、居民小区等领域推进充电基础设施建设。“十四五”期间,充电基础设施保有量突破20万根,建成布局合理、运行高效、安全稳定的充电基础设施体系。

  优化市场环境

  一直以来,为进一步稳定汽车消费,有关部门陆续出台了一系列法规政策,有效维护了市场经营秩序、营造了良好消费环境。

  市场监管总局公布的新版《家用汽车产品修理更换退货责任规定》(以下简称新版汽车“三包”)已于2022年1月1日施行。作为保护汽车消费者合法权益的具体措施,汽车“三包”自实施以来,在解决汽车消费纠纷中发挥了至关重要的作用。

  新版汽车“三包”增加了诸多保护消费者权益的条款,其中新增七天可退换条款,使家用汽车直接进入“可退换时代”。新版汽车“三包”规定,家用汽车自三包有效期起算之日起7日内,因质量问题需要更换发动机、变速器、动力蓄电池、行驶驱动电机或者其主要零部件的,消费者可以凭购车发票、三包凭证选择更换家用汽车产品或者退货,而销售者应当免费更换或者退货。

  随着智能汽车市场渗透率快速增长,车辆智能网联化功能已成为影响消费者购车的重要因素。工信部统计数据显示,2022年上半年,具备组合驾驶辅助功能的乘用车销量超288万辆,渗透率升至32.4%,同比增长46.2%。受此因素影响,新一代电子电气架构、车用操作系统、大算力计算芯片等技术得到突破,有关部门明显加强对汽车网联化领域的管理。

  近日,市场监管总局发布《商用车辆车道保持辅助系统性能要求及试验方法》《驾驶员注意力监测系统性能要求及试验方法》《智能网联汽车自动驾驶功能场地试验方法及要求》三项智能网联汽车国家标准,将于今年5月1日正式实施。三项标准均属于我国智能网联汽车标准体系的重要组成部分,标准的制定和实施将为行业管理部门提供技术支撑,引导生产企业生产满足行业需求的技术产品,推动其更大规模的应用,有效提升我国车辆的智能化技术水平及道路安全水平,支撑我国数字经济发展。

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