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）
东西问丨于志勇：新疆最早出现的“中国”二字蕴含怎样的文化认同？****** 编者按： 国宝之美，穿越古今，器以载道，恢弘万千。每件珍稀文物背后，都凝聚着古人的匠心智慧，镌刻着中华民族的文化基因，见证着中外文明的交流互鉴。从2023年1月11日起，中新社“东西问”推出“镇馆之宝”系列策划(一)，藉专家探究文物之意涵及其背后故事。
中新社乌鲁木齐1月11日电 题：新疆最早出现的“中国”二字蕴含怎样的文化认同？
——专访新疆文博院党组成员、副院长，新疆博物馆馆长于志勇
作者 苟继鹏
1995年，新疆和田地区民丰县尼雅遗址出土了一件汉代织锦护臂，上面织有“五星出东方利中国”八个篆体汉字，这是目前新疆出土最早的“中国”字样。“五星出东方利中国”汉代织锦护臂(又称“五星锦”)是国家一级文物，被誉为20世纪中国考古学最伟大的发现之一，现收藏于新疆博物馆，系该馆“镇馆之宝”之一。
这块织锦织造于何时又有何用途？“五星出东方利中国”是何意？蕴含怎样的文化认同？近日，“五星锦”考古发掘亲历者之一，新疆文博院党组成员、副院长，新疆博物馆馆长于志勇就此接受中新社“东西问”专访。
现将访谈实录摘要如下：
中新社记者：新疆出现最早的“中国”二字源于何处？是如何被发现的？
于志勇：1995年10月，位于新疆和田地区民丰县的尼雅遗址考古有了重大发现。中日尼雅遗址学术考察队在对该遗址一处重要墓地进行考古发掘的过程中，发现了“五星出东方利中国”汉代织锦护臂。这也是迄今为止，新疆地区发现的最早的“中国”二字，其诞生于汉代，距今两千多年。
尼雅遗址地处丝绸之路南道的交通要冲，是古代东西方文化交流融汇之地。“五星锦”发现于一处两人合葬墓，和作为随葬品的弓箭、箭箙、短剑鞘等物品放一起。当时，现场工作人员见到墓内男性葬者右侧的织物中露出一点色彩斑斓的织锦，在沙土掩盖中格外醒目。一点点翻开，织锦不仅逐渐显露出鲜艳的蓝、白、红、黄、绿花纹，还陆续看到织出的汉文“国”“东方”“五星”等字。最后看到完整的文字是“五星出东方利中国”，在场所有人都为之震惊。
“五星锦”出土现场。新疆文物考古研究所供图中新社记者：“五星锦”是一件怎样的文物？为何被称为20世纪中国考古学最伟大的发现之一？
于志勇：“五星锦”呈圆角长方形，长18.5厘米，宽12.5厘米，以织锦为面料，边上用白绢镶边，两个长边上各缝缀有3条长约21厘米、宽1.5厘米的白色绢带(其中三条残断)，织有八个篆体汉字：“五星出东方利中国”。
经过纺织考古专家分析和鉴定，“五星锦”是由五组经线和一组纬线织成的五重平纹经锦，经密220根/厘米，纬密48根/厘米，平纹五重经的组织在汉锦中较复杂，也极为罕见；其纹样题材异常别致，有凤凰、鸾鸟、麒麟、白虎等瑞兽和祥云瑞草，并将“五星出东方利中国”的文字巧妙列置其中，寓意祈佑祥瑞。
“五星锦”制作考究，工艺精湛，色彩绚烂，精致无双，是汉代织锦技艺的最高代表。这类风格和题材的织锦，在出土文物中极为罕见，是难得的艺术珍品。并且意蕴深厚，内涵丰富，是国家一级文物，中国首批禁止出境展览的64件文物之一，也是新疆博物馆的“镇馆之宝”，被称为20世纪中国考古学最伟大的发现之一。
展出的“五星锦”。刘新摄中新社记者：织锦上的文字“五星出东方利中国”是何意？蕴含怎样的中华文化？为什么说这件汉代织锦折射出西域地区对中华文化的认同？
于志勇：据考证，“五星出东方利中国”是中国古代星占用辞。五星指水、火、木、金、土五大行星；“东方”是中国古代星占术中特定的天穹位置。“中国”，先秦时期是对周天子所居洛邑地域的指称，秦汉时期是中央政府郡县统辖管理的地域。古代天文术语中是地理、政治的概念，随着大一统统一多民族国家的形成和发展，逐步形成了以儒家文化为核心的文化政治的概念。
“五星出东方”指五颗行星在一时期内同时出现于东方天空，即“五星连珠”或“五星聚会”现象；“五星出东方利中国”，即出现五星共见东方之天象，则于中国有利。
“五星锦”把天文、史实和古人的阴阳五行观念等巧妙融为一体，并且出现在远离中原的尼雅遗址，证实了国家治理和统辖西域、开发建设西域的历史，深刻揭示了汉朝开拓西域后丝绸之路经济文化的繁荣历史脉络，说明了当时西域对于中原文化的认同和向往，实证了中原文化的影响力，也侧面反映出各民族在两千年前就进行了深度交流交融，亦生动展示了中华文明的丰富内涵和特殊魅力。
“五星锦”在新疆博物馆举办的《尼雅·考古·故事——中日尼雅考古30周年成果展》上展出。刘新 摄中新社记者：历史上，汉代中央政权如何实现对西域的有效管辖和治理？汉代“五星出东方利中国”织锦为何会出现在今天的新疆和田地区民丰县？其背后有着怎样的民族融合与文化交流？
于志勇：汉代中央政权为管理统一后的西域，在乌垒城(今新疆轮台县境内)设立西域都护府，正式在西域设官、驻军、推行政令，开始行使国家主权。
出土“五星锦”的尼雅遗址为西汉时期精绝国所在，精绝国系汉代西域三十六国之一，受西域都护府统辖。有学者根据史料推断，“五星锦”应于西域都护府设立之时(神爵二年)被赏赐给精绝国，见证了西域都护府设立的历史。
张骞“凿空”西域之后，汉代中央政权就与西域诸国间“驰命走驿，不绝于时月；商胡贩客，日款于塞下”，开启了“丝绸之路”的辉煌历程。一方面，促使中华文明的西传，汉代中央政权与西域各国的经济文化往来更加直接。另一方面，西域文化也逐渐传入中原。汉朝统一西域后，各民族交往交流交融，共同开拓辽阔的疆土，创造悠久的中国历史，书写灿烂的中华文化，培育伟大的民族精神。
出土“五星锦”的尼雅遗址。新疆文物考古研究所供图中新社记者：“五星出东方利中国”这句话承载着千年前人们怎样的愿景？今天应如何看待？
于志勇：“五星出东方利中国”是一句祈祝吉祥祺瑞的用语，表达良好的企盼和愿望。与“五星锦”同时出土了一件“讨南羌”织锦残片。经比对，是从与“五星锦”相同的锦料上裁剪下来的一部分。
根据对具体史实的研究和图案的缀合分析，织文可以连续为“五星出东方利中国讨南羌……”。这句织锦文字无疑是汉朝为了祈祝讨羌大事在政治和军事上的顺利。
以“五星锦”为题材的舞剧《五星出东方》在新疆博物馆演出。苟继鹏 摄随着历史研究不断深入，人们对“五星锦”历史文化的认知和了解也将更深刻、更全面。比如以“五星锦”为题材的舞剧《五星出东方》，艺术地演绎了西域绿洲丝绸古道的历史佳话，讲述了中华文化的源远流长、博大精深，诠释了各族人民“像石榴籽一样紧紧抱在一起”构成中华民族共同体的主题。该剧演出一年多来，在全国多地开启巡演30余场，反响热烈，2022年9月获得第十七届中国文化艺术政府奖文华大奖。(完)
受访者简介：
于志勇，新疆文博院党组成员、副院长，新疆博物馆馆长。兼任中国敦煌吐鲁番学会副会长，中国博物馆协会常务理事。毕业于西北大学。长期从事新疆考古及丝绸之路考古研究、博物馆社会教育。参与并主持的1995年新疆民丰县尼雅遗址、2007年库车市友谊路晋十六国墓葬考古发掘，分别评获当年度“全国十大考古新发现”；合作编著有《中日尼雅遗址学术考察报告》(全三卷)《中国文物地图集：新疆维吾尔自治区分册》《中国出土壁画全集·新疆分册》《新疆通史·图录(先秦秦汉)》等书籍，在国内外学术刊物上发表论文50余篇，代表作有《新疆尼雅出土“五星出东方利中国”彩锦织纹初析》《汉长安城未央宫遗址出土骨签之名物考》等。
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