天天彩票_天天彩票
天天彩票2023-01-31 16:05

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)

天天彩票

如何判断自己是复阳还是二次感染?感染过奥密克戎的人群对XBB、BQ.1是否还有保护力?******

  近期,有关新冠复阳、二次感染的话题引起网友热议,有些网友对此存在忧虑情绪。上海中医药大学附属龙华医院肺病科主任医师薛鸿浩对相关问题作出回答。

  薛鸿浩解释,复阳是指感染者体内残存的病毒延迟性排出,这些病毒来源于第一次病毒感染;而二次感染是第一次感染康复后被另外一个来源的新冠病毒感染,这些病毒来源于外部感染。一般复阳都是发生在康复之后一个月内,通过核酸PCR检出病毒片段。如果已经超过一个月,核酸又呈阳性,则再感染的可能性比较大,二次感染相隔时间比较久,一般要几个月。

  据介绍,复阳与二次感染之间症状也存在区别:复阳阶段症状都已经恢复好转,不需要医学上的治疗干预,病毒核酸处于偶尔能检出的状态。因为抗原的灵敏性比核酸低,用抗原检测试剂可能就检不出来。但是二次感染则不同,病毒会经历一个完整的感染周期,包括病毒载量上升、平台维持、下降和消失,因此二次感染病毒浓度会很高,抗原就能连续性被检出,通常会是非常明显的两条杠,也会有不舒服的症状。

  薛鸿浩说,如果要简单区别是复阳或是二次感染,可通过使用抗原检测试剂。在彻底康复一周或两周后,如果怀疑二次感染,可用抗原剂连续检测三天。如果检测结果是阳性,则可能是二次感染。复阳一般很难检出残余的病毒片段,就算偶尔被检出,一般也不会是一直连续的阳性结果。

  那么什么样的人群容易出现复阳或二次感染呢?薛鸿浩表示,在免疫功能正常的人群里,发生复阳或者二次感染的概率都是很低的。一般免疫功能正常的患者感染康复之后,可以获得3到6个月以上的保护力。在这段时间内发生二次感染的概率也非常低,只有当免疫保护力变低时才可能发生二次感染。如果是新的病毒变异株,变异株可以打破第一次感染形成的免疫保护,就容易发生二次感染。

  此外,也有市民关心,不同毒株是否会造成重复感染或是更容易复阳?目前来看在我国还是以BA.5.2、BF.7为主,BQ.1和XBB尚未形成优势传播,但其传播优势会逐渐增加,和BA.5.2和BF.7以及其他50多个输入的亚分支,可能会形成一个共循环。XBB.1.5 的感染者ACE2结合亲和力几乎与 BA.2.75 相当,可能使 XBB.1.5未来像BA.2.75一样获得更多突变,不过XBB.1.5目前免疫压力不大,还不会很快进化。

  薛鸿浩介绍,如果遇到这几种毒株,再次感染的概率主要取决于两方面:一方面是再次遇到的毒株与BA.5和BF.7有多少重叠,如果病毒一直变异,交叉保护作用降低了则可能造成感染;另一方面则是看人自身抗体水平,尽管感染新冠后短时间内比如三到四个月内不会感染,但不可否认的是,新毒株流行或缩短二次感染“安全窗口”,接种疫苗仍然是最主要的预防手段。

  据了解,对于复阳和二次感染,中医药学说中也有对应理论可供参考。伏邪理论始源于《素问.生气通天论》中“冬伤于寒,春必温病”的论述,是指在冬天伤于寒邪,内有正气不足,在春天发为温病,与新冠二次感染的概念比较相像;《伤寒论中》又有“伤寒感复”的说法,瘥后伏热未尽,复感新邪,其病复作;中医学中也有“劳复”“房劳”“食复”的描述,提示阳康后的患者应当注意饮食作息以防疾病的复发。

  薛鸿浩指出,中医药理论中伏邪、感复的理论与复阳、二次感染存在相符合或重叠之处,尤其在发病的认识上一者注重机体免疫力,一者注重人体正气,在提高人体对病毒的抵抗力层面上基本一致。且中医药在治疗及预防新冠上也有独到之处,日常生活锻炼、饮食作息是中医着重的部分,如平时要注意防寒保暖、清淡饮食、作息规律,保持平和心态、不要太过焦虑;要加强运动,可以通过八段锦、六字诀、太极拳等中国传统功法适度锻炼,增强体质,提高免疫力;还可通过中药或食疗调理身体的阴阳平衡,从而提高免疫功能,防治病毒。如体质偏气虚的成年人尤其老年人可适当服用西洋参、黄芪等,脾虚湿重体质者可服用薏米等健脾化湿的中药或食品。(记者 郜阳)

中国网客户端

国家重点新闻网站,9语种权威发布

天天彩票地图