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）

XBB毒株致病力如何？如何预防？张伯礼院士解读******

　　近期，奥密克戎新变种XBB毒株引发各方关注。中国疾控中心4日发布信息称，我国短期内XBB系列变异株引发大规模流行的可能性低。那么，这一新毒株的特点是什么？致病力如何？会否引起二次感染？是否主要攻击肠道？该如何预防？引发二次感染怎么办？针对社会关切的热点问题，新华社记者独家专访中国工程院院士张伯礼。

　　关注点一：新毒株特点是什么？

　　张伯礼：目前，国内有境外输入XBB.1.5毒株的报道，但仅在极少数入境隔离人员中检出，尚未在社会面上造成本土传播。

　　从国外研究数据看，相较于BQ.1毒株和先前的BA.5毒株，XBB.1.5毒株的传播速度更快。纽约的一项研究显示，从发现毒株到达到30%的毒株感染比例，BQ.1毒株用了26天，而XBB.1.5毒株仅用了17天。

　　XBB.1.5与同族的毒株不同，它有一个额外的关键突变F486P，使其具有更高的人ACE2受体结合亲和力，免疫逃逸能力更高。

　　新型冠状病毒属于RNA病毒，由于病毒的遗传物质为单链RNA，结构不稳定，变异频率较高，在今后还可能会变异。

　　关注点二：新毒株致病力如何？

　　张伯礼：根据现有的研究数据，XBB毒株的致病力与其他亚系相当。新加坡去年10月至11月的XBB疫情高峰，并没有带来明显的死亡人数高峰。根据新加坡政府2022年10月14日发布的信息，没有证据表明XBB比以前的变异株更具有致病力。甚至与BA.5毒株相比，XBB的住院风险降低了30%。

　　2022年10月27日，世界卫生组织发表声明，认为截至当前，没有数据支持XBB导致疾病的严重程度与BA.5存在显著差异。当前没有证据表明XBB毒株的致病力较其他毒株增强，也没有证据显示XBB毒株对胃肠道和心血管系统具有特殊的致病力。感染XBB亚型毒株的症状仍以呼吸道症状为主，主要包括发热、鼻塞、咽痛、头痛、疲劳等，与BA.5毒株的症状类似。

　　关注点三：新毒株会否引起二次感染？

　　张伯礼：二次感染新冠病毒的概率主要与人体免疫水平、病毒株变异，以及后期个人防护有关。目前XBB毒株和我国流行的BA.5有所差异，随着感染BA.5后一段时间，人体免疫水平下降，遇到免疫逃逸能力强的新毒株，再感染的风险会一定程度增加。

　　不过大家也不用过于担心，在新冠病毒感染后，人体免疫系统已在发挥作用。当前临床观察，感染后3到6个月内发生新冠病毒二次感染的概率还是比较低的。免疫功能正常的人群在短时间内再次感染风险比较小，而且感染后的症状通常比第一次轻微，但也有个别报告症状会加重。

　　关注点四：新毒株是否主要攻击肠道？

　　张伯礼：部分感染了新冠的患者确实会出现呕吐、腹泻等消化道症状。从国外的报道来看，XBB毒株也同样可能造成腹泻，但从目前收集到的资料来看，并没有出现更常见或更严重的迹象。XBB毒株还是以侵犯呼吸道为主，因而“XBB主要攻击肠道”的说法并不准确。

　　感染新冠后出现腹泻的原因有很多，可能是由于病毒感染肠道，引起了病毒性肠炎；也有可能是病毒产生的毒素诱发了胃肠功能紊乱；还有可能是药物引起的腹泻。新冠病毒感染造成的腹泻通常比较轻微，一般不需要药物治疗，短期内就能自行缓解。如果腹泻严重，则应补充丢失的液体和电解质，通常口服补液就可以达到治疗效果，而不是盲目服用止泻药、抗菌药。

　　关注点五：新毒株该如何预防？

　　张伯礼：对抗新冠病毒的“主力”是自身免疫力，因此，囤药不如囤“好身体”。调整好身体状态，注意休息，适量多饮水，多吃新鲜水果蔬菜，保证营养的摄入，保持良好的情绪，提高机体免疫力。

　　对于新冠康复者，疫情期间预防二次感染最好的办法，仍是落实好防护措施，包括戴口罩、注意手卫生、勤通风、保持社交距离等，特别是对老年人和儿童“阳转阴”患者，应当保暖、尽量少聚集、保证良好的卫生习惯、注意营养饮食，增强免疫力，降低再次感染风险。

　　感染新冠病毒后，康复者出现的一些持续性症状还需要积极干预，近三年来的诊疗经验表明，用中药、针灸、推拿以及传统功法等，能够促进患者愈后，改善乏力、气短等症状。采取积极的干预措施，促进治愈者的身心恢复到较好的状态也有助于预防二次感染。

　　关注点六：新毒株引发二次感染怎么办？

　　张伯礼：如果出现再次感染，一定要首先分清“复阳”与二次感染。“复阳”发生在转阴后2至3周内，患者一般无明显临床症状，主要是体内残留病毒片段在排出过程中被检测出的阳性，一般没有传染性；而二次感染一般发生在首次感染后数月至一年内，相当于一次新的感染，一般有临床症状出现，并且病毒核酸载量较高，具有传染性。

　　“复阳”患者无须再治疗，注意休息，合理膳食和营养即可。而二次感染的患者则需再次进行规范治疗，并严格做好个人防护，做好自我隔离，注意对家人、同事的保护，降低疫情传播的风险。