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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）

吉林长春：汽车“摇篮”展现蓬勃生机******

　　吉林长春全力推动汽车产业高质量发展——

　　汽车“摇篮”展现蓬勃生机

　　日前，工信部公示第三轮先进制造业集群决赛优胜者名单，长春市汽车集群成功入围，成为东北地区入选的两个集群之一。

　　长春是新中国汽车工业发源地，汽车是长春第一支柱产业，产值占全市工业70%以上。可以说，长春这座城市与汽车集群发展血肉相连、命运与共。如今，汽车产业在长春越发展现出蓬勃生机与活力。

　　一汽红旗繁荣工厂生产线，工人们正在工作。本报记者　马洪超摄

　　培育产业新生态

　　在长春市西南方向，一个新能源汽车生产工厂——奥迪一汽新能源汽车项目正在紧锣密鼓建设中。该项目近日已完成暖封闭，建成投产后，这里将成为中国一汽在长春的第六大整车生产基地。

　　“奥迪一汽新能源汽车项目落户长春，是因为这里是中国最大的汽车生产地之一，拥有完备的基础设施和产业链条。”项目经理闫磊说。

　　60多年前，新中国第一辆卡车“解放”、第一辆小轿车“东风”、第一辆高级轿车“红旗”在长春下线，点燃了民族汽车工业的光荣与梦想。而今，这里已拥有红旗、解放、奔腾、大众、丰田五大整车企业，以及在建的奥迪一汽新能源整车工厂。2021年全市汽车产业集群产销整车分别为242.1万辆和240.2万辆，完成产值6142.8亿元，稳居全国“第一方阵”。

　　值得一提的是，一汽自主品牌汽车近年来快速发展。其中，红旗销量4年增长63倍，解放中重卡实现全球“五连冠”、重卡实现全球“六连冠”。

　　在中国一汽集团研发总院的自主品牌产品展示区，红旗E-QM5、H5、HS5、HS7、H9、E-HS9、H9+等车型品类丰富，高端变速器、大功率发动机、氢燃料电池等产品性能不断提升，让人啧啧称叹。

　　为了把关键核心技术掌握在自己手中，做强做大自主品牌汽车，吉林省举全省之力支持中国一汽建设世界一流企业、支持长春建设世界一流汽车城，努力培育电动化、智能化、网联化、共享化的“新四化”现代汽车产业生态。中国一汽扎实推进技术攻关，2021年研发总投入同比增长3.9%，占营收比重达3%。

　　中国第一汽车集团公司总经理助理，研发总院党委书记、院长梁贵友表示，近两年，中国一汽专利授权量排名国内汽车行业第一，累计申请专利9511件，其中发明专利5608件，同比增长196%和408%，累计突破关键核心技术143项。

　　长春市委、市政府全面深化与中国一汽的战略合作关系，出台强有力政策措施，与中国一汽联手推动配套、创新、人才等“六个回归”，全力推动汽车产业高质量发展。以汽车命名的国家级开发区长春汽车经济技术开发区，以服务一汽为使命，把招商局改为主要对接一汽的服务局，全力做好服务保障，与中国一汽携手加快建设长春国际汽车城。

　　2022年2月，一汽弗迪新能源科技有限公司动力电池项目在长春正式开工。这家公司由中国一汽集团、比亚迪股份有限公司共同注册成立，建成投产后每年可满足60万辆电动汽车配置需求。据悉，该项目是继奥迪一汽新能源汽车项目之后落地长春国际汽车城的又一重大项目，将有力推动长春汽车产业转型升级。

　　零部件并不简单

　　在中国一汽五大整车企业的带动下，大陆、博世、电装等国际领军企业齐聚长春，富奥、富维、富晟等本地零部件企业快速成长。

　　走进富奥汽车零部件股份有限公司的逆变器项目生产车间，只见集智能化、数字化、自动化和集成化于一体的3条全自动装配线正繁忙有序作业。新能源车用逆变器主要功能是将直流动力源转变为交流电输出驱动电机，进而带动汽车运行，是新能源车电驱动系统的核心部分。这里生产的两款逆变器产品将为一汽自主纯电动汽车配套，覆盖了一汽红旗和一汽奔腾品牌的纯电动车型。

　　近年来，在节能减排压力和新能源汽车性能提升需求等因素推动下，汽车轻量化正在加速，越来越多汽车零部件公司投入轻量化研发并取得成效。作为一汽重要的零部件配套企业，富奥股份公司充分考虑汽车业“轻量化、电动化、智能化及网联化”发展趋势，紧锣密鼓推进轻量化底盘项目。

　　在长春三友智造科技发展有限公司生产车间，展板上介绍着用聚双环戊二烯这种新材料生产的零部件产品的优势。产品之一是一款重卡CNG气瓶保护罩，由于使用了新材料，产品降重逾40%。该公司董事长白大成说，公司主要以研发聚双环戊二烯新材料、新型复合材料产品为主，以汽车轻量化材料产品为主要方向，市场前景越来越好。

　　一辆汽车有成千上万个零部件，它们组装在一起并实现信息交互，离不开线束的支持。在长春捷翼汽车零部件有限公司生产车间，工人们在流水线前动作麻利地将一根根导线、护套按照线束图组装在一起。几十根甚至几百根导线经过操作，就捋顺成了一组线束。

　　捷翼公司CEO王超介绍，汽车线束好比是车辆的“神经网络”和“动脉血管”，为整车所有用电器提供稳定的电源、信号和数据，捷翼生产的零部件产品实现了多项突破。在电能传输介质领域，传统线束以铜为基材，重量和成本均偏高，捷翼公司探索解决了新能源电能传输系统轻量化铝线束技术难题，可降重增效；在新能源高功率充电温控领域，通过专利算法攻克了温度漂移的技术难题，成为国际客户项目的定点供应商。目前，捷翼已成为大众集团、丰田、吉利、比亚迪等整车企业的一级供应商，相关产品适配多家汽车品牌。

　　数据显示，目前长春市汽车集群零部件产业规模近1600亿元，拥有50亿元级企业6家、10亿元级企业36家。吉林省“十四五”规划纲要提出，到2025年全省零部件本地配套率达到70%，汽车产业规模突破万亿元级，前景令人期待。

　　创新能力作支撑

　　“最近有啥新政策？”

　　“啥时候还开大讲堂？”

　　“从提出问题到政府部门帮助协调解决只用了不到一个小时，解决了企业的大难题！”

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　　这是“长春亲清政企关系”微信服务群里企业发出的信息。长春市委、市政府依托微信服务群建立快速反应机制，打造“万人助万企”升级版，为包括汽车企业在内的各类企业提供服务。

　　“长春市汽车集群规模实力强，创新能力强，带动能力强。作为工业主管部门，我们全力实施长春汽车集群整车引领、强链补链、新能源跃升、智能网联、创新驱动、数字化转型、卓越成长七大专项行动，全力推动汽车集群向世界级先进制造业集群冲刺。”长春市工业和信息化局局长赵明瑞表示。

　　为促进汽车集群发展壮大，长春市不断完善政策体系，投入230亿元财政资金支持集群发展，打造“一核双翼八线多园”格局，并组建600亿元红旗产业基金和50亿元长兴基金汽车产业子基金，新建“长春青年人才城”2万套房屋，每年挤出2000名事业编制名额为集群引进、留住高层次紧缺人才。同时，长春市还积极发挥汽车零部件制造业商会促进作用，每年推动200户以上集群内企业实现数字化升级改造。

　　长春市汽车零部件制造业商会会长，一汽富奥、富维董事长张丕杰告诉记者，商会自2020年10月成立以来，已吸纳会员企业247家，在长产值1300亿元，占全市零部件总产值约80%，“从两年的实践看，商会在发挥原材料集采、供需对接、融资对接、科技成果转化、产业人才培育等服务功能方面作用明显”。

　　长春汽车集群发展同样离不开当地强大的科技创新能力支撑。长春市拥有中科院长春光机所、中科院长春应化所、汽车仿真与控制等11个国家重点实验室，东北工业等6个国家企业技术中心等创新“国家队”。吉林大学等21所驻长高校开设汽车专业。2020年以来，长春汽车集群获得发明专利6099件，一汽解放、长春博超均获国家科技进步奖二等奖。

　　“我们主要的汽车轻量化产品——聚双环戊二烯产品，原材料来源于国外。目前我们与吉林大学共同进行科技成果攻关，已实现相关技术完全国产化。”三友智造复合材料事业部负责人潘东野说，三友智造还与中科院长春应化研究所、华南理工大学相关实验室等展开合作，合力推进新材料的开发。2021年，三友智造被评为吉林省专精特新企业。

　　据悉，长春市下一步将大力实施科技创新行动，力争未来3年内汽车集群里国家专精特新“小巨人”企业达到50家，省级以上专精特新企业达到300家，制造业单项冠军企业达到10家。（本报记者 李己平 马洪超）

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）