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)
承接过往余韵 拓展崭新波段——2022年散文创作综述******
作者:王兆胜
每年的散文作品既开相同、相似的花,也有与以往不同的花蕊,带着清晨圆润的露珠,一同滚入历史的记忆。
2022年度的散文作品,既承接了过往的余韵,又拓展了崭新的波段,在深度、高度、境界上都有所提升。
以精神提振散文品质
2022年的散文作品,在胸襟气度、精神品质特别是光泽、气息上有些与以往不同。它们大气、新鲜、有力,由一己的小我进入更广阔的天地,书写人间正道与万众人心。这相比过去较长一段时间内散文追求片面的“个人化”写作,无疑是一次跨越。
韩小蕙的《我的老师们》题目普通,但她笔下的老师却出人意料,除了有她敬佩的学者、文人,还有天安门的志愿者、小区的垃圾整理员、快递小哥。季羡林宁愿打雨伞承接楼上厕所的漏水,也不去找楼上邻居,怕给邻居添麻烦;作家凌力不让人报道她,也不愿将她的小说拍成电视剧,只为了伤口的纯粹性。于是,作者以这些品德为“师”。但此文最闪亮的还是那些平凡的老师:为抗战胜利70周年阅兵盛典忙碌的志愿者的奉献精神;清洁垃圾桶的保洁员大姐,每天应对恶臭,一直站着工作,下班了还要到商场继续工作,然而她一身整洁、从不懈怠、精神饱满、心态快乐。文章充盈着正气,洋溢着朝气,饱含着感恩,有一种朝阳般的明丽壮阔,读之让人感慨不已。
李一鸣的《一个人的创业史》与梅洁的《奋斗者的精彩人生》可以对读。它们都写小人物,都写底层人的奋斗。李一鸣笔下的是一位农民,他不断打工,“创业”成为其目标,但每次都以失败告终,不过,他从不气馁,收拾好心情再来。这篇文章的深度在于,有一种创业精神在中国普通农民身上如野生植物般蓬勃生长,不可抑止。梅洁写的是一位工人,他从不包分配的中专毕业后,进企业打工,喂猪、洗红薯、做粉条的工作夜以继日。然而,他不屈从于命运,坚持读书写诗,用了23年拿到各种各样的资格证书,最后成为高级记者,并在城里安居下来,有了自己的万册图书。这是一个靠读书、写诗走出困局的故事,主人公百折不挠的精神充满感召力。
王开岭的《静止的春天》写新冠疫情下的生活。扰乱了人们的生活,但文章并不悲观绝望,而是以心灵的阳光和美好的期许对待生活。可以说,越是在困境中,生命越要坚韧充实。从容不迫、优雅开明、诗意盎然的叙事与笔调,也使此文如春花般盛开。
除此之外,郭文斌的《大年本身是余庆》、李登建的《最后的乡贤》、辛茜的《遇见黎明,万物从容》等都是此类散文。精神的光芒不仅从人的身上升起,也在时间的地平线上照耀万事万物。从中读者能够听到时代的心跳,以及带有美好感受的生命的歌吟。
穿越历史回声的现实观照
历史回忆一直是文学特别是散文的母题。2022年的散文作品在此有所开拓与创新。其主要特点在于,对于历史有了新解,特别是赋予其现代内涵,也有了某些文化意义上的思考。
穆涛的《黄帝给我们带来的》《〈尚书〉与〈诗经〉的一场风云际会》《旧文献里的种子,以及优质土壤》《季节里的中国原理》《中国历史的学名叫春秋》等散文,是一个关于历史回望与现代思考的集束。这些资料性很强、考证细密、用功甚为专精的文章是学者型作家的标志,但最有价值的还是其中的中国文化自信,以及由此延展的中国古代制度、文化资源的现代价值。如穆涛所说:“修身养性是内装修,但内装修妥帖了,还要有所为,一个身心健康的人,如果一辈子碌碌无为,应该是最大的憾事。”“一个人做好内装修,安顿妥当了自己和家人,之后去做一番治国安邦的大事业,但最高的理想状态不是傲视群雄,一览众山小,而是与天下人和谐相处,共筑大同世界。”这是现代人从历史中咀嚼出的生命智慧。
李登建的《台子的光芒》写的是清光绪十八年在山东齐东县为防御黄洪建立的一个台子。文章入口小,但有历史纵深感,对于人事物的描写精雕细琢,营造了历史性、在场感、现实性。这是人与自然、历史、现实、自我的搏斗与和解,也是对人生、人性、生命的深刻解读。文末,作者写到带着“我”去寻访台子的王大生先生,红红的眼窝里汪着泪水,长啸一声:“我的老台子,只剩下一个小小的火烧了……”台子在岁月中沉寂,其光芒暗淡到只剩下一个火烧店,这仿佛在向世人发问,也是提出了一个需要解答的文化问题。
王月鹏的《海水与火焰》《在半岛》《海里的根》《石帆》都与大海有关,是关于海与海岛生活的感悟与升华。其中,有渔民的下海捕捞史,有海的历史文化文明碎片,也有渔民的家史、村史,都反映了海洋文化文明的现代折光。作者还从海边的奇人逸事中看到了生命底色。如海边有块石头被称为山,因露出地面的部分很少,却挖不到底,于是,作者说:“这座最矮的山,与那些孤独的岛,有着相仿的境遇。”“那些被隐匿的部分,才是真正让人尊重的存在。”
历史文化散文在2022年增加了深度,也拓展了时空感,使历史与人生智慧得以凸显。这在南帆的《二十九座滕王阁》、冯秋子的《寂静之声》、彭程的《南漳的前世今生》等作品中都有表现。历史的身影虽然斑驳,但用现代的眼光依然能看到它的余晖,以及传达出来的那种难以言传的隐喻与符码。
情到深处的感动与遐思
散文是自我抒情的最好方式。只是与诗歌比,散文更真实可靠,也具有平衡感,特别是容易将内心深处的情感挖掘出来,或是让它自然而然流淌出来。2022年散文作品的抒情性令人读来别有滋味。
王尧的《书桌上的字词句》写到父母亲情,写到自己与家庭的关系,也写到自己求学、教学、写作的心境。难得的是情深似海,却用平淡的叙事表达,在淡淡的诗意中透出人生的寂寞,也包含了某些对生活的理解与智慧。读王尧的散文随笔,内心会悄然被他的文字、情绪、思想与心语打湿,并升华起有关古往今来的思绪。作者说:“现在,我在老屋的东房,面对着书桌,把抽屉里的东西装进一只包里。阳光下的灰尘柔弱地飘浮,我在恍惚中,回到青年,回到少年。父亲没有写过一本书,但我觉得这张书桌上叠满了父亲的字词句。这些字词句散落到我的稿纸上,慢慢生长发育,我写《民谣》,就是写村庄的字词句。”这样的文字像打开一把古旧的扇子,在生命的铺展中,所有情愫都像长了翅膀一样,飘然而至。
徐可的《启功夫子逸事状》《仁者启功》是专写启功先生的。文章立足于启功的学问人生、书画艺术来谈其品格境界。其间的崇尚、喜爱、相知、相与之情溢于言表。作者从清、正、秀、雅、劲、润六个方面来品味启功的书法,也是对其人品的高度概括。“读先生法书,如对清风明月,如临一泓清水,令人神清气爽,尘杂俱灭。”文章还记取了作者与启功先生的交往,“更有幸与先生相交十数年,与先生‘情逾祖孙’”。写启功的文章甚多,但像徐可这样建立在信、爱、知、明、悦的基础上,又能有所领悟和幻化的散文作品,并不多见。
张清华的《郑敏先生二三事》是写老诗人郑敏的。张清华在文章中尽管只写了与郑敏交往的几件小事,但用情专深、感觉敏锐、诗心飘扬,一下子将书写人物的人生、生命、诗歌带入了纯净境地。从郑敏赞美张清华的声韵并想教授他和声,到老年郑敏在一次聚会上反复问了十多次张清华“你叫什么名字”,再到郑敏去世后告别仪式的落寞,这几个都是耐人寻味的细节,还有结尾张清华送别郑敏的一首诗,都将作者的情怀打开,在天地间起舞,形成一种带磁性的场的魔力。
张鸿的《梦境里的父亲》起于平淡,叙述平凡,但情真意长。对于女儿来说,父亲很少褒贬她,也不像对哥哥那样抱有更多期望,这反倒有助于她成长。通过陪父亲住院看病,特别是父亲临终时流下的一滴泪,让女儿魂断梦里,有了与父亲难以分舍的细节。这种通过普通平淡的父女关系所展示的深情,很见艺术功力。
当下写人纪事的散文很多,但真正有情、有深情又能以一种艺术形式表达出来,并非易事!而2022年的散文创作在这方面有不少收获。
草木世界折射天地之道
散文写人相对容易,写好万事万物则相当困难。这是因为作家较少有耐心观察物性,也很难真正从物性角度写物,并由此生成哲学意义的天地之道。2022年散文创作在此有所推进。
彭程的《金海湖的来去》《远处的风声》《枯叶的预约卡》是写景之作。由于作者由人入物,由动变静,由外观到内视,可以心态泰然、一平如镜、细如发丝地体验物性、情境与心境。作品写道:“大自然里各个物种的存在都有自己的理由,都是生物链条中的一个不可缺失的环节。这些无人过问的果实,实际上也加入了大自然生灭成毁的无限循环,那些挂在枯枝上的,会成为漫长冬日中飞鸟的食物,那些坠落泥土中腐烂的,则会给土壤增加养料。”从“物”的角度形成哲思,会得出与人不同的看法。
杨献平的《沙漠的细水微光》对于沙漠有独特的观察理解。通过广漠细沙那神一样的存在,作者说:“人事总是在不断地消亡和新生,过去的事物,在时间之中变成了后人的某种发现,这种现象,其实充满了悖论。可世界原本就是这个样子,总是在缔造,也总是在扬弃。唯有这沙漠,它只会不断地扩大,而不会从整体上发生根本性的变化。”以沙漠之眼观人,人的不确定性及其渺小是显而易见的。
王剑冰的《盐》,虽然写的是盐的历史,但透过盐似乎有了对生活的新解。因此,他才能“站在盐井前,说是往下看,实际上满含仰望之情”,并产生这样的思考:“出卤的一刻,千万朵白浪从细长的竹筒中迸出,像一群躲藏万年的活物四下里奔突,一会儿便又变成本色的汁液。食盐晶纯,容不下杂质,它最初的浆水竟如此悲悯,含有对众生的温爱与仁慈。”这是从盐的品性来反思人性的异化问题。
杨海蒂的《烈焰之花》是写唐山花瓷的。在作家笔下,这是由纯色瓷器向花色瓷器的转变,她用灵动的文字勾勒唐山花瓷之美,其色彩、图案、线条、光泽、灵魂都让人销魂。尽管这种美可用各种形容词形容,但作者认为最好的内在表达是,“最朴素又最惊艳,达到高深莫测的艺术境界”。这可能是人工艺术所能达到的最高境界。
还有一些写物之作值得重视。这包括何向阳的《碧水丹山》、王干的《里下河食单》、刘琼的《食,性也》、朱鸿的《菜之美者》、蒋新的《琉璃醉》、辛茜的《红花绿绒蒿》、杨文丰的《胭脂梦似的荞麦花》、赵瑜的《往日叙事》、王子罕的《“状元楼”的故乡味》、叶浅韵的《赘物记》、刘学刚的《花木有灵》等。
2022年的散文作品是丰富多彩的。本文只是撷取了其中的几朵浪花,希望能通过这几朵显示其整体气度与风采,也预示着散文创作的前景与希望。(作者王兆胜系中国社会科学杂志社副总编辑)
(文图:赵筱尘 巫邓炎)