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）

边疆考古重现古丝路上的交流传奇******

　　合浦望牛岭汉墓出土的部分珠饰 资料图片

　　近日，第四届中国边疆考古论坛在线上举行，考古学者围绕新疆、内蒙古、甘肃、西藏、四川，以及东北、华南地区的考古新发现作了四十多场精彩的报告。边疆地区因特殊的地理位置，与周边国家地区有着密切的互动，往往还是丝绸之路上的璀璨明珠，是西方文化传入中国的第一站。许多丝绸之路上东西方文化交流碰撞的故事，尘封千百年后，陆续在边疆考古中重见天日，过去的传奇得以揭开神秘面纱。

　　漂洋过海的玻璃珠

　　一颗颗色彩斑斓的珠子，可能只不过是墓主人生前手腕、颈间的点缀，而在考古学家眼中，它们并非只是精美的饰品，借助科技手段分析其成分、制作工艺、来源产地等，可以解读出复杂的贸易和技术传播故事。

　　位于广西合浦县城南部的望牛岭汉墓，就出土了总量超过4000件的各类珠饰品。它们由水晶、玛瑙、琥珀、玻璃材质制成，有的晶莹剔透如同露水一般纯净，也有的火红如珊瑚一般热烈，还有的是清爽的薄荷蓝色。以今日的审美看，它们也属实玲珑精致。中山大学社会学与人类学学院博士后张潇表示，这些珠子为典型的“舶来品”。望牛岭汉墓出土如此多的舶来珠饰，与其特殊的地理位置有关。合浦是两汉时合浦郡郡治所在，也是海上丝绸之路的始发港之一。《汉书·地理志》载，汉武帝时“有译长，属黄门，与应募者俱入海，市明珠、璧流璃、奇石异物，赍黄金杂缯而往”。汉代在宫廷官员的率领下，携带丝绸和黄金，从离南海最近的合浦等地乘船出发，前往南亚、东南亚各国进行贸易。有学者认为，“璧流璃”就是“琉璃”的别称，是古代对玻璃的称呼之一。这段史料说明，望牛岭汉墓出土的玻璃珠，可能正是如此漂洋过海“进口”来的。

　　合浦县附近的浦北县古时也属于合浦郡，县内的越州故城遗址出土了5000多颗玻璃珠。“经上海光机所检测，这些珠子是来源于南亚、东南亚地区的印度-太平洋贸易珠。”中山大学人类学与社会学学院副研究员韦伟燕介绍道。印度-太平洋贸易珠指采用拉制法制作的单彩玻璃珠，即把熔融的玻璃液用特别的工具拉成空心的细管，再将细管截成一粒粒小珠子，这类珠子广泛地生产和传播于印度洋和太平洋区域。越州故城遗址出土的大量玻璃珠进一步证明，在南朝时期，合浦仍是海上丝绸之路的重要节点之一。

　　透过一颗颗璀璨夺目的进口玻璃珠，我们仿佛可以窥见合浦“云帆高张，昼夜星驰”的繁荣景象，脑补出海上丝路始发港之一的千年传奇。

　　唐朝的基督教寺院

　　汉代张骞凿空西域后，沿着沟通中亚、西亚的陆地丝绸之路，随着大漠驼铃传入中国的，不仅仅是珠宝、玉石、香料等异域奇珍，还有包括景教在内的异域宗教文化。

　　唐朝时，景教（基督教聂斯托利派）沿着丝绸之路传入中国。盛唐对异域宗教采取海纳百川、兼容并包的态度，因此景教得以在都城长安等地传播。根据刻于唐德宗建中二年（公元781年）的《大秦景教流行中国碑》中记载，鼎盛时景教曾“法流十道，寺满百城”。

　　位于新疆维吾尔自治区昌吉州奇台县的唐朝墩古城遗址中，就揭露出一处始建于公元8世纪上半叶的唐代景教寺院遗址，可以作为这段历史的注释。寺院中出土了一件造型独特的釉陶器，表面是青蓝色的釉，上面还有蓝色的文字，“现在初步判断可能是叙利亚文，同时释读出‘我们’‘生命’‘神’等单词，它可能是当时进行某种特殊宗教活动所用的一种器具。”唐朝墩古城遗址考古发掘执行领队任冠介绍说。景教起源于今日叙利亚，因此使用叙利亚文，《大秦景教流行中国碑》也并存汉字与叙利亚文。

　　唐朝墩古城遗址位于天山东段博格达山与古尔班通古特沙漠之间东西交通要道上，也是丝绸之路一处咽喉重镇和交通枢纽。此次发掘的景教寺院遗址中有景教元素，也有汉文化元素，还有丝绸之路带来的多元文化因素。“寺院内出土了玛瑙、绿松石、玉石、琥珀等不同质地的珠饰，反映了丝绸之路上东西方不同文化的审美在景教寺院内的碰撞和交融。”任冠说。景教寺院遗址壁画中造型丰腴的带背光的圣像图，更是唐代人物形象丰腴的绘画风格与景教特色的结合。同时寺院中还出土了钧瓷的瓷片、绞胎瓷盘等。绞胎工艺是唐代陶瓷的新工艺。西方的珠饰、中原的瓷器同时出现在景教寺院中，也是东西方文化交融的印证。

　　口含金币的埋葬习俗

　　丝绸之路上，有一群高鼻深目，牵着骆驼贩运丝绸、珠宝、牲畜的人，他们就是以善于经商而著名的粟特人。粟特人的故乡在中亚两河流域，以撒马尔罕（在今乌兹别克斯坦境内）为中心。粟特人不仅是促进丝绸之路商贸往来的使者，而且是东西方文化交流的使者。能歌善舞的他们也促进了极具异域风情的粟特音乐和舞蹈东传，为中原艺术加入“胡风”元素。

　　在内蒙古呼和浩特沙梁子古城的殉马墓中，发现了一枚含在墓主人嘴右侧的金币。中山大学社会学与人类学学院副教授刘扬介绍金币的发掘过程说：“我们把（墓主人的）头抱起来的时候，掉下去了一小块泥，刚好露出了一点金光，当时还以为是墓主人的一个金牙，后来才发现是一个金币。”这枚金币图案为一面部清秀、无胡须的戴宝冠王者，只见他身穿铠甲，右手持枪从左肩斜出，左手则持盾挡于身侧。金币上有两个穿孔，说明金币应为墓主人生前的挂饰。金币为单面模压，极薄，应是东罗马帝国查士丁一世金币的仿制品。

　　刘扬介绍，这是中国发现的口含金币的第6个案例，之前还在新疆吐鲁番阿斯塔纳墓发现4例，在宁夏固原唐史道德墓发现1例，这5例均可能与粟特人有关，因此内蒙古呼和浩特发现的这一例也有可能是受到粟特人习俗的影响。呼和浩特位于古代草原丝绸之路上，因此很有可能有粟特人在此活动。北京大学考古文博学院教授齐东方认为，中国北部存在着一条从河西经包头、呼和浩特、大同、通过河北北部进入内蒙古赤峰，到达辽宁朝阳的东西交通路线，是历史上中国北部通往西方的国际线路。而北方草原丝绸之路的兴盛，自然会使善于经商的粟特人进入今辽宁、内蒙古一带。

　　不过目前考古学家依据葬式判断，沙梁子古城发现的殉马墓最有可能是唐代突厥墓葬。那么究竟这一墓葬是受到粟特人习俗影响的突厥墓，还是有可能成为国内首例发现的粟特人墓，尚有待进一步考证研究。

　　从南疆海上丝绸之路的始发港口，到西域陆地丝绸之路的景教寺院，再到塞北草原丝路上的殉马墓，均可见到东西方文化的交流碰撞。考古证实边疆地区自古以来就在“一带一路”发展进程中扮演着重要角色。千年来，大漠驼铃声声，海港云帆高张，繁荣畅达的丝路上，中外交流的传奇故事接连上演；如今，新时代“一带一路”上，更多文明互鉴、民心相通的故事也正在发生。

　　（本报记者 李韵 王笑妃）