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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）

多学科融合，推进世界遗产可持续发展******

　　本报记者 李佳霖

　　《保护世界文化和自然遗产公约》诞生于1972年。2022年是《保护世界文化和自然遗产公约》诞生50周年。1985年，中国加入该公约。1987年，中国有了第一批世界遗产，包括长城、周口店遗址、秦始皇陵兵马俑、北京故宫、敦煌莫高窟以及泰山。目前，中国世界遗产总数达到56项，其中世界文化遗产38项、世界文化与自然双遗产4项，为传承中华历史文脉、守护全人类文化瑰宝作出了重要贡献。近日，由联合国教科文组织名录遗产地可持续旅游教席倡议发起，中山大学旅游学院承办的首届世界文化和自然遗产学术论坛举办。与会专家学者建言献策，促进世界遗产保护与利用的多学科交叉融合与人才培养，助力世界遗产事业发展。

　　从“以物为中心”到“以人为中心”

　　故宫博物院原院长单霁翔表示，通过世界遗产的申报实践，使大家对文化遗产有了更深刻的认识。比如从文物保护的语境走向文化遗产、世界遗产保护。“过去文物保护的对象是静态的古遗址、古墓葬等，如今强调保护活态的遗产，如人们居住的传统村落；过去文物保护只保护物质要素，现在非物质要素也成为其不可分割的一部分。黎族的黎锦、哈尼族的耕作技术等都被纳入了保护之列。”单霁翔说。

　　1997年，平遥古城被列入《世界遗产名录》。同济大学建筑与城市规划学院教授邵甬表示，平遥古城是人居型世界遗产的典型代表，城市开发、过度旅游、社区面临着被瓦解的风险是其要面对的挑战。邵甬介绍，成为世界遗产之后，平遥古城旅游快速发展，古城保护与发展出现了失衡状态，很多干字形商业街作为开发的主要区域，接受了外部投资，并且进行了装修甚至过度装修，但是很多传统院落却存在消极保护的状况。另外，平遥古城的社会经济发展动力不足，没有足够的就业岗位，社区缺乏比较强的凝聚力，社区居民对遗产的认知不足。

　　2006年，邵甬开始为平遥古城编制保护规划，为平遥古城的保护与发展提出相关策略。“一是古城价值的再阐释，从古城的古代到当代，从宏大叙事到日常人居，涵盖了金融之都、营城智慧等方面；二是古城定位的调整，将以旅游为主的古城调整为‘活着’的古城、宜居的世界遗产地；三是工作目标的调整，从‘保下来’到现在的‘活得好’。”邵甬说，团队为平遥古城编制了详细的保护规划，以求保存完整的中原汉民族城市特征，并保护好物质和非物质遗产。出台了《平遥古城传统民居保护修缮工程资金补助实施办法》，以期通过政府主导、居民自主和专家引导的激励制度，让老百姓在通过补助资金改善人居环境的同时，修缮结果也能够符合保护规划制定的标准。同时，进行产业优化，鼓励旅游业之外的其他产业发展，形成有韧性的产业结构，比如把古城中的废弃用地活化利用为文化空间，鼓励文化产业植入，在古城里逐步形成了与文化遗产空间相结合的电影节、摄影节等。如今平遥的旅游总收入在逐年提高，但是门票收入占比越来越低，参与到相关产业中的居民也越来越多。

　　“开始规划时我们更多的是记录物，比如街巷、建筑，后来更多地去理解城市与人的历史以及人当下的需求，实现了‘以物为中心’到‘以人为中心’的改变。在工作方法上，从原来的‘精英规划’转变为‘共同缔造’。比如成立社区工作坊，让老百姓了解古城的保护与发展，也了解他们的需求。”邵甬表示，人居型世界遗产的保护，既要坚持“以价值为基础”的保护原则，还要坚持“以人为核心”的发展理念，同时要回应可持续发展的目标，强调在保护文化遗产的同时重视人居环境的改善，实现宜居、活力、平等三大目标。

　　保护为主，倡导可持续发展

　　湖南武陵源于1992年列入《世界遗产名录》。2004年，武陵源成为中国首批世界地质公园之一。2007年，武陵源成为国家5A级旅游风景名胜区。

　　武陵源的保护发展之路很好地印证了遗产保护理念的蝶变。2014年世界自然保护联盟开展世界自然遗产保护展望时，把所有的自然遗产地分为四类：第一类是好；第二类是比较好但需要给予一些关注；第三类是重点关注；第四类是严重关注（大部分为列入濒危遗产名录的遗产地）。武陵源被列为重点关注类。2017年，武陵源再次被列为重点关注类。“世界自然保护联盟关于武陵源的报告措辞非常犀利，比如认为武陵源的完整性尤其美学价值受到不可接受的丧失。同时强调旅游设施过度建设和持续游客增长给武陵源带来的威胁等。”贵州师范大学喀斯特研究院教授肖时珍说。

　　“我们受地方主管部门委托，按照世界遗产中心的要求编制了《武陵源世界遗产保护状况报告》，逐一回应了世界遗产委员会及世界自然保护联盟对武陵源的担忧，以及武陵源所在的各级政府为实现遗产保护和可持续发展而采取的措施及取得的成效，包括武陵源景区主入口的酒店、商铺等大多已拆除，并且进行了生态修复，武陵源在居民搬迁、环境污染防控等方面采取的措施及取得的成效等。我们也客观地评价了武陵源相关基础设施建设对美学景观带来的一些负面影响，还分析了索道、电梯等在促进遗产保护和展示、促进当地老百姓的生活改善和促进地方社会经济发展方面发挥的积极作用。对世界自然保护联盟很关注的游客人数，也在调查统计的基础上进行了数据核实与澄清。”肖时珍说。

　　世界自然保护联盟认可了他们的报告。2020年12月，通过各方面的努力，武陵源由“重点关注”类晋级为“比较好需要给予一些关注”类。“武陵源也调整了开发思路。比如之前武陵源计划再建一条鹞子寨索道，因为有了世界遗产委员会的决议建议，如今已经放弃了这一计划。可以看到，武陵源从过去旅游大开发的阶段，逐渐演进到开发与保护并重的阶段，到如今进入以保护为主、倡导可持续发展的阶段。”肖时珍表示。

　　让原住民获得发展的红利

　　2013年，红河哈尼梯田被列入《世界遗产名录》。2018年，中山大学旅游学院教授保继刚带领团队对哈尼梯田进行了调查。“团队有60个人，其中20多人懂哈尼语。”保继刚说。

　　团队对元阳县35个自然村5682户做了实地调查。调查发现，村寨大部分年轻人出去打工了，空心化现象比较严重；遗产区以农业为主，产业结构非常单一； 35个村庄中，传统民居蘑菇房只剩下298栋。“经过调研和充分考虑，我们选择了阿者科村开展保护实践。”保继刚说。

　　阿者科村是35个村落中最贫困的一个村，因为交通不便导致村内新建设缓慢，也使得蘑菇房得到大量存留。“我们提出了‘阿者科计划’，在这个计划中，村民以村落和他的生产生活方式入股，占股70％，其中民居占40％，梯田占30%，居住占20%，户籍占10%。只要住着传统民居、种着梯田，村民就可以得到相应的分红。通过这样的方式，我们在传统民居以及梯田的保护上找到了抓手。从2018年6月开始，到2019年3月第一次分红，每户分了1600元。之后，村民对我们更加信任了。到2021年，每户分红达到3000元。”保继刚表示，在这个计划推进中，一直推行基层民主，公开所有的相关信息。有需要新增的管理制度，召开村民代表会进行商议，形成了新的管理制度就纳入阿者科的管理制度中。

　　“我们还给孩子们设立了教育奖励金，考上中学奖励500元，考上本科奖励1000元，每年发放。同时，还请当地村民教游客体验织布等，他们也可以得到一些收入。”保继刚说。

　　作为中国旅游减贫方案，“阿者科计划”是一个社会科学的试验田，从实践反哺理论。“其中最核心的是创造旅游吸引物的人，应该得到旅游带来的收益。”保继刚说。

　　“世界遗产保护的持续推进得益于建筑、旅游等领域人才参与。”中山大学旅游学院教授张朝枝表示，文化遗产保护具有跨学科特征，因此培养好跨学科综合型人才是关键。据悉，从2018年起，北京大学考古文博学院教授杭侃和张朝枝共同发起了遗产旅游联合工作坊。连续几年来，工作坊组织了多个专业的师生，在河南、河北、山西等重要遗产地开展调研，探索遗产地的保护发展。“以‘共同问题’为导向，多学科人才一起努力推进世界遗产保护。”张朝枝表示。

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）