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)
从现实中来 到现实中去:电视剧中的“人间指南”******
【文艺观潮】
作者:郑雪如(中国传媒大学戏剧影视学院硕士研究生);朱传欣(中国传媒大学新闻学院党委书记)
《底线》热播,很多网友说,这部剧教会了我很多法律知识,以后遇到类似情况我就知道怎么办了。《谢谢你医生》上线,有专家评价,该作品非常真实地展现了医学的发展情况,对提高全民医学素养和人文素养,向大众普及医学科学知识,功不可没。总结这些作品获得好评的原因,我们发现,作品不只要以丰满的人物塑造、精彩的情节讲述发挥愉悦心灵、疏导情绪、丰富业余生活的文化功能,更可以通过深入生活的剧情和严肃深刻的思考设置公共议程,在剧情演进和舆论讨论的过程中启发观众学习知识、交流心得、思考人生,进而形成推动个人成长、社会发展、时代进步的强大精神力量。
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观照职场现实 描绘人生百态
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除了习见的柴米油盐、市井烟火,不少法治、刑侦、医疗题材的剧情内容与现实生活高度互文,成为传播社会正能量和普及教育宣传的重要版块。《冰雨火》《底线》《巡回检察组》《扫黑风暴》《谢谢你医生》《脑海深处》等剧组都多次奔赴一线实地采访,收集了大量真实的人物原型、行业故事、案例卷宗等素材进行剧本创作。特别是相关部门与影视创作联动,为影视作品的选题策划筹备、专业领域指导、实际拍摄制作等方面提供了保障,将缉毒、扫黑、庭审、反诈、抗疫等工作中不为人知的复杂环境、危险处境、急难困境公之于众,让观众深入了解各领域的工作流程、行业特点之后,被人民公仆不负时代、厚植为民的赤诚情怀深深震撼,凝聚起更广泛、更深刻的共鸣共情。区别于以往“轻职业,重情感”的叙事方式,越来越多的行业剧根植于职业内涵、精神价值与核心追求的探寻和挖掘,关注普通劳动者的时代之音、奋斗之歌,让鲜为人知的行业百态走进千家万户,不断拓宽现实主义的叙事维度。
《幸福到万家》海报
普及有益知识 激发理性思考
现实题材的涉猎领域愈发广泛,但不变的是扎根人民、讴歌人民、服务人民的创作底色。大量现实剧作将职场经验、生活智慧、安全知识、行为规范、社会法理等内容自然融于具体的桥段故事中,在娱乐消遣外给予观众更多知识结构、思维模式、行为方式等层面的参考。如医疗剧《关于唐医生的一切》通过大量还原现实病例的剧情、台词,让前沿的医学知识飞入寻常百姓家。剧中28个心脏外科的病例延伸出重病儿遗弃、人道主义豁免手术等医疗行业的热点问题,不断强化公众对医疗行业、医护人员的信任感。甚至有观众受到剧情内容的感召,登记成为一名器官捐献志愿者,让生命的爱意和希望接续传递。聚焦互联网信息安全的《你安全吗?》在每集片尾设置了网络安全“小贴士”,不仅能够进一步解读本集出现的专业术语及案例,也向观众传达了相关网络安全知识,提高大众对网络诈骗的防范意识。
在专业知识信息的普及之外,不少现实题材剧集直面百姓生活的痛点、难点、堵点,通过备受关注的民生话题撬动情感支点,从多维切面激发观众的理性思考。在律政剧《玫瑰之战》中,一桩桩紧扣时事热点的法律案件成为探究法理人情、普及法律知识的窗口。其中与社会生活紧密相关的直播平台主播侵犯名誉权案、保姆遗产纠纷案等引发了广大观众对于媒介伦理、婚姻关系、法制教育等社会热点话题的思考,引发了社会舆论对于积极构建法治社会、追求公平正义的关注。农村剧《幸福到万家》中“王秀玉的大学资格被冒名顶替”“水污染”等诸多故事,均源于编剧下乡采风时对真实案件的还原。在传统人情与现代法治观念的碰撞中,该剧通过影视化表达为现实问题提供了切实有效的解决方向。
《大考》海报
凝练民族品格 助力精神化育
现实题材剧不仅描绘出鲜活生动的市井百态、烟火人间,更于生活表象之外传递出慰藉心灵的人文关怀以及奋斗向上的担当品格。在脱贫攻坚题材电视剧《大山的女儿》播出后,许多年轻人以及党员干部被黄文秀将青春献给大山的故事所鼓舞。一位应届毕业生观剧后表示,自己以黄文秀师姐为榜样,坚定人生的理想坐标,成为奔赴广西工作的选调生。当创作照进现实,剧中人物的道德选择、价值追求和审美取向凝聚起更深刻的精神力量,润物无声地引领着时代风气和社会风尚。
无论是《谢谢你医生》《亲爱的生命》等医疗剧中用医者仁心守护的“病有所医”,还是《小欢喜》《小别离》《小舍得》等家庭教育剧中深耕聚焦的“学有所教”,抑或是《我在他乡挺好的》《二十不惑2》等青春剧中热血打拼的“劳有所得”,《幸福院》《老闺蜜》《八零九零》等老年题材剧中温情呈现的“老有所养”,《安居》《心居》等都市剧中圆梦新家的“住有所居”,这些电视剧都用影像化的喜怒哀乐和聚散离合烛照现实,浸润人心。在各行各业的追光逐梦中,在平凡人物的不凡担当中,在柴米油盐的人间真味中,“荧屏人生”与现实生活相互映照、相互疗愈、相互滋养,进而昭示出时代浪潮下的理想信念与精神气象。
《人世间》海报
无论题材空间和价值观念如何革新,电视剧对人类追求幸福生活过程的创作实践始终具有直抵人心的力量。当下现实题材作品从时代脉动和生活肌理中窥见世间百态、人情冷暖,又以诗意化的阐释、艺术化的呈现反哺现实个体的生活意趣、人生姿态,进而用人间烟火抚慰人心,用现实关怀照亮现实,用时代声音回应时代,为观众提供了一本兼具教育性、实用性、思想性的“人间指南”。
《光明日报》( 2023年01月04日 15版)