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）

广西：用好“周转池” 编制活起来******

　　广西建立编制周转机制，解决中小学教职工缺编难题——

　　用好“周转池” 编制活起来

　　近日，广西北海市建立全市中小学教职工编制“周转池”，形成“全市一体、余缺调剂、精准投放”的中小学教职工编制管理机制。目前，通过“周转池”共为市本级、海城区和银海区补充了264个中小学教职工周转编制，有效化解了编制闲置和编制不足的结构性矛盾。

　　针对广西中小学教师编制保障历史欠账较多的困境，按照广西党委编委的部署，党委编办会同教育、财政、人社等部门制定出台了《建立编制“周转池”制度推动中小学教职工编制全面达到国家标准的实施方案》，依托大数据管理手段在全区范围内统筹近6万个事业编制，在秋季开学前全部投放到各地中小学，实现区、市、县全面达标，历史性解决中小学教职工缺编问题。

　　“大数据”统筹建“周转池”

　　南宁市流动人口随迁子女人数多，“入学难”一直是群众反映较集中的焦点问题。为破解这一难题，“十三五”时期，南宁市共建成投入使用公办中小学105所，但编制紧缺问题依然难以解决。

　　2020年，南宁市委编办通过回收调剂事业单位空编、核定“聘用教师控制数”等方式，为全市中小学增核了7000多个编制控制数。2021年，南宁市把破解中小学教职工编制紧缺问题作为缓解“入学难”问题的着眼点和着力点，核查中小学事业编制缺口，抓住广西党委编办探索建立编制“周转池”的有利时机，争取到9977个中小学教职工周转编制。

　　今年9月，南宁市将9977个中小学教职工周转编制全部下达到市本级中小学和县（市、区），“入学难”问题得到进一步缓解。

　　广西在不改变各级各事业单位编制数的前提下，把“沉淀”的空编“使用权”汇集起来，调剂用于基础教育领域，有效解决了“无米下锅”的问题。

　　“区、市、县”联动整体调控

　　2021年，柳州市建立中小学教职工编制“周转池”制度，并将4394个“周转池”事业编制全部投放至全市各级中小学，专用于中小学教师用编保障。

　　2021年，在柳州高中—柳城中学教共体开展“市招县用”编制管理改革试点，从柳城县统筹10个教师编制，由市委编委按照有关规定核定给柳州高中使用，柳高派出10名优秀骨干教师到柳城中学支教帮扶，形成“组团式”长效合作，达到整体帮扶提升、互惠共赢效果。

　　广西根据全区各地在校学生总量变化情况，探索中小学编制实行“基础编+周转编”管理模式，每2—3年重新核定编制并回收和重新分配周转编制。市、县建立灵活的用编用人调配机制，按学年动态调整周转编制配备，推动“县管校聘”管理改革，优化区域内编制资源和师资力量均衡配置。

　　柳州市创设教师“市招县用”新模式。在蓄满编制总“周转池”的同时，广西采取“区、市、县”三级联动管理，由单一“周转池”联通为“周转池”网络，做到自治区层面整体调控，各市、县分级下达使用，精确调节分配到校，形成“全区一体、余缺调剂、周转使用”的中小学教职工编制管理新机制。

　　全程跟踪让周转编制“放得出、收得回、转得动”

　　梧州市一所高中因学科可持续发展的需要，要引进3名“双一流”人才，但学校核定编制已满编，无法引进，便向编制“周转池”提出申请。教育行政部门按照“基础编+周转编”的管理模式，批准该校“借走”3个周转编制使用，等该校有空余编制时再归还，解决了因事业编制紧缺制约教师队伍发展的问题，打通了学校高层次人才引进的堵点。

　　周转编制的“生命力”在于周转，广西对周转编制实行从“放出”到“收回”再到“轮转”的全过程跟踪调控，确保周转编制“放得出、收得回、转得动”，为“周转池”配上灵活的调配“阀门”。

　　同时，明确中小学教职工周转编制专编专用，不得挪作他用，中小学只有在核定的事业编制满编或超编情况下，才能申请使用周转编制。使用周转编制的中小学事业编制出现空编后，使用周转编制的人员即转为使用核定的事业编制，通过强化规范管理，确保周转编制“放得出”。

　　为提高编制使用效率，当已使用周转编制的中小学出现空编时，系统会自动预警，自动收回所分配的周转编制，返回到“周转池”中，确保“周转池”有充足的编制存量供全区中小学循环使用，依托技术创新确保周转编制“收得回”。周转编制的使用由市、县（市、区）教育主管部门提出意见，同级党委编办对周转编制的使用进行实时监测、实时预警、效益分析，在分配的限额内实施精准调剂，人力资源社会保障部门依据分配到校的周转编制指导教育主管部门和学校动态调整岗位设置，确保周转编制“转得动”。（本报记者 周仕敏）