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)
兔元素年俗好物受宠 看年货“购物车”都有些啥?******
随着“兔元素”年俗好物一起装进购物车的还有“家宴”预制菜;身着汉服去拜年,新年穿搭年味儿满满。
今年过年除了回老家,还要“出去浪”——没想到,00后、80后才是恋家的那一批人,70后更愿意出门旅行过年,享受外面的风景。
吃
家乡人带家乡货
年夜饭“一发入魂”
食品类依然是年货消费的主角,电商平台肉类、鱼类的成交量都出现了较大幅的增长,零食水果中车厘子、樱桃成交量较大,金额同比增长一倍以上。
当然,对于中国人来说,过年前购买再多食材,都是为了那顿一发入魂的年夜饭。 年货节开启以来,肉类、水果、休闲食品等节庆食材的消费都出现了明显增长。
年夜饭的餐桌不仅丰富多彩,而且还讲究很多寓意。比如,很多南方餐桌上会有各种做法的丸子,寓意团团圆圆;基本上家家餐桌上都会有鸡,寓意吉祥如意;鲍鱼、鱼和牛肉则寓意招财进宝、年年有余、牛气冲天。年货节期间,鲍鱼成交额同比增长超过10倍,鱼成交额同比增长近5倍,其他品类也有相当的增长。
此外,近几年,很多人逢年过节必晒菜单,家庭大厨越来越多。现在越来越多的菜品调料、预制菜等使普通人也能轻松做“大菜”。数据显示,年货节成交额最高的菜品调料是火锅底料、酸汤肥牛调料、酸菜鱼调料、麻辣香锅、水煮肉片调料。不少品牌商家、老字号都在线上推出了年夜饭预制菜,搭配好各种菜系和口味,为家宴增加新意。
抖音平台数据显示,超4000款年夜饭预制菜节前上线。做成了年年有鱼锦鲤造型的八宝饭、麻辣鲜香的川味家宴套餐、富含海参鲍鱼花胶的佛跳墙盆菜居于年夜饭美食销量前三。广式名菜猪肚鸡煲汤半成品和胶东花饽饽兔年礼盒也销售颇丰。
团圆年里少不了来自家乡的味道。在众多地方特色风味中,柳州螺蛳粉、河南红薯粉和青岛大虾备受欢迎,销量在年货节期间居于前列。广西沃柑和新疆大枣夹核桃糕紧随其后。
穿
新年要有仪式感
“穿上汉服年味就上来了”
穿新衣、拜新年……今年春节的“新衣”有什么样的新潮流?抖音电商服饰行业通过洞察发现:对于年轻人来说,“年货节”满足的不仅是消费需求,更是热闹喜庆的新年仪式感。
国风汉服品类方面,随着“穿上汉服年味就上来了”话题涌升抖音种草榜TOP6,50多位汉服达人全面参与,多个汉服商家也加入这场新式拜年风潮中。钟灵记汉服、十三余旗舰店、重回汉唐旗舰店等商家,通过主题短视频圈粉无数,又通过掌柜携手KOL出镜拜年直播,实现了沉浸式种草。
热闹的新年氛围下,“是时候秀我的新年战袍了”和“兔年限定穿搭”两大话题引发消费者广泛讨论和关注。千万级粉丝量级的明星、达人紧跟热点,提前分享过年回家“妈见夸”的保暖穿搭、大年初一到初六的不重样装扮等内容,提前在春节场景中展现了汉服、生肖服、保暖内衣、马丁靴等服饰货品的新潮态度。大量网友在话题下主动秀出自己的新年穿搭,相关话题总播放量超过2.4亿。
用
买年货北方人“念旧”南方人“尝新”
“兔元素”年俗好物热销
2023年年货节期间,春节传统习俗的传承成为消费者心中的主流,购买年夜饭、传统美食、土特产是“基本操作”,购买春联、年画、剪纸、装饰等提升过年气氛的产品也成了新春“标配”。
孝敬长辈、关爱亲友是另一大消费趋势,七成网友表示会购买孝敬父母的商品,如营养保健品、酒类、糕点等,也有近三成网友表示会购买书籍教育产品等儿童用品;关爱自己、关心家人成为消费的热点话题,在调研中回答所购年货品类与往年的异同时,33.2%的用户表示今年会侧重适老、健康为主的商品。一方面与当下个人及家庭健康管理的趋势相契合,另一方面也体现出孝敬长辈的消费趋势。
与回归传统、关爱家人相对应的是手机、数码、潮玩等,以及珠宝、首饰、奢侈品等,一定程度上反映出用户更加看重年货的实用性和性价比;值得注意的是有14.9%的受访者表示愿意购买老家升级、改造装备,如扫地机器人等产品,这一方面反映出人们对于老家升级改造、孝敬父母长辈的需求,另一方面也体现出相比于单纯买买买,人们可能更加看重父母的生活体验和精神上的陪伴与满足。
综合多个电商平台数据可看出,南北方人士的年货偏好有着明显差异。北方人“念旧”,六成的北方人选择复购以前的年货商品,而南方人爱“尝新”,超70%的商品都是南方人首次购买。另有60%的人群喜欢分享年货购买经验,分享购物车。
从人群消费趋势来看,90后、00后是消费的主力军,也是“能花会省”的一代,他们总能用最少的钱,买到最多的年货。据报告数据显示,同样的钱,00后和90后平均每人买6件,性价比成为年货搜索高频关键词,搜索量超3000万次。
此外,春节背后的传统文化,在年货节期间不断散发生机与活力。日前,有25家博物馆参与到了抖音电商首届“文创年货节·博物馆里过新年”活动,带动储存了千年历史的博物馆,携精美的国潮文创,“火”到了新春市场。
甘肃省博物馆的罐语千年热水袋、河南博物院的伏羲女娲棒棒糖、故宫博物院的兔年春联礼包、江西省博物馆的天工之物明信片和苏州博物馆的手植文藤走进了更多消费者的视野,为新年增添了一份厚重的历史底蕴。
随着农历兔年春节的临近,今年“兔元素”年货备受大众青睐。诸如可爱兔背带红包、春节走马灯立体投影灯笼、兔年大吉一次性迎春纸杯、立体加厚兔年生肖对联等商品,将兔子形象与中国风元素巧妙结合,销售额大增。
行
回家过年或出去浪
机票订单同比增200%
今年春节最大的不同点就是“回家过年”和“出去浪”!
京东一项消费调研显示,今年有近七成的受访者首选回家过年,还有相当比例受访者计划旅行过年。
今年过年期间南方城市会更加热闹,三亚和云南预计在临近过年会出现多次客运高峰,尤其是空中交通。年货节启动以来机票销售同比增长两倍,北京至东三省、上海至成都、深圳至武汉是热门返乡线路。
除了元旦期间出行的机票,更是有大量大年初一及初七的机票订单产生。机票销售占比最高的目的地城市前五分别为成都、北京、上海、重庆、广州,果然是唯大熊猫与火锅不可辜负。
除了返乡,旅行也是今年春节的一个特色,而且并不是年轻人的专属。调查显示,70后更愿意在过年期间旅行,享受外面的风景。00后、80后才是恋家的那一批人,过年的时候和家人一起享受团聚时光。
数据显示,今年出游需求远远大于往年,而且目的地比较集中,有些热门景点城市可能会再现人山人海的盛况。三亚、丽江、厦门、大理、海口是搜索增速最快的Top5目的地城市,而三亚无疑是最炙手可热的目的地。
25岁以下的年轻人特别偏爱去温暖浪漫的海边。北京、四川、广东、河北、上海是前往三亚最多的省(直辖市),而哈尔滨、成都、沈阳、深圳和郑州是最偏爱去三亚旅游过年的城市,前五名中东北就占了两位。
文/本报记者 陈斯