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）
脚踏三尺讲台四十余年，勇斗癌症坚守育人初心——陈光教授的交大故事******
作者：西南交通大学 余小英
有人归纳过陈光教授在不同场合说过的话：
---“把学习作为一种生活方式”。（来自教务处教师个人主页）。
---“一天三件事，上课、喝茶、写博客”。（来自个人博客）
---“什么是学习？学习就是将校园内的时光、知识、信息、设备、与教师互动、与社会互动的各种资源和条件转化为自身能力和素质的过程”。（来自个人博客）
---“寓传道于授业之中，重育人在教书之时”。（来自媒体对陈光的采访）
---“只要用心去做，总能做成一件事；只要用生命去做，就一定能把事情做好”！（手术后18天在讲台上说的话）
--- 我们需要把“科学问题”“哲学思维”“人文情怀”“创新能力”“生命价值”和“社会意义”统一起来。（来自演讲）
---“没有人不知道生命的可贵，因为生命对任何人都只施舍一次。我是非常幸运的，因为我有机会认真思索和感悟生命。珍惜生命的价值，就是让生命之光，照亮学生，贡献社会，造福人民”。（接受记者采访）
--- “对于社会科学而言，没有合理的观察与适当的体验几乎谈不上从事什么研究工作”。（来自个人博客）
--- “沟通是一门如诗的艺术”。（来自个人博客）
在交大，陈光教授是一个有故事的人。
1978年10月，17岁的陈光教授成为恢复高考后第二届入学西南交通大学的学生，也就是人们常说的独具历史特色的七七、七八级大学生。1982年毕业留校，至今已经在交大度过44个春夏秋冬。
在交大的岁月里，陈光教授也从“霍英东青年教师奖”“教育部优秀青年教师奖”的获得者，成为如今的二级教授、四川省教学名师、全国师德标兵、国务院政府特殊津贴专家等。最近，陈光还新担任了中国老教授协会理事、四川省老教授协会副会长的职务，完成了从“青年”到“老年”的华丽转身。
岁月不舍书山路，归来依然是少年。今天，已过花甲之年的陈光教授依然勤奋耕耘在教学、科研和社会服务的第一线。
2020年12月17日学校新闻页面有一则相关报导：
“由西南交通大学公共管理学院陈光教授领衔完成的研究报告《全面创新改革试验区建设与高校职务科技成果混合所有制改革实践研究》，获教育部第八届高等学校科学研究优秀成果奖（人文社会科学）二等奖，也是我校首次在教育部高等学校科学研究优秀成果奖（人文社会科学）评选中获得二等奖。
我校是高校职务科技成果权属改革的发源地，被中央电视台喻为职务科技成果权属改革的“小岗村”，职务成果权属改革是四川省作为全创示范区的一项重要改革经验。陈光教授研究团队近年来长期跟踪四川省全面创新改革试验区建设与职务科技成果权属改革，形成系列论文成果十余篇、重要研究项目5项、省部级领导批示2项、其他省部级奖项2项，为职务科技成果混合所有制改革在四川和全国的推广做出了学术贡献”。
学术带头人的成功都是团队合作的结果。与交大事业发展同行，在实践中发现科学问题，基于现实需求的行动研究、交叉研究和政策研究，是陈光教授团队科研工作的三个特点。据悉，同样是职务科技成果权属改革研究主题，陈光教授团队新完成的《高校职务科技成果权属改革：理论与实践》专著，也即将由科学出版社出版。
在业内，“陈光教授团队”几个字慢慢成为一个特定的“学术IP”。多年前，《科学时报》曾经以《行业高校开出的一朵科研奇葩——记西南交通大学软科学研究团队》为题报导过陈光教授团队的学术工作。
2020年初疫情袭来，2月6日，远在美国探亲的陈光教授向政府提交《紧急做好应对新冠疫情工作的若干建议》，省长在看到建议后，立即打电话给相关部门，要求组织专业力量，研判疫情走势，做好全面、分类、精准和科学的防控部署和准备。
除了应急状态，近年来在西南交通大学“十四五”规划文本修订、中央办公厅文稿报送、四川省委省政府决策咨询、成都市重大行政决策、乡村振兴发展等不同场合，人们都能看到陈光教授团队研究的工作痕迹和智力贡献。团队中的陈光教授、戴宾教授等多人先后获得四川省和金牛区“有突出贡献的优秀专家”的称号。
功夫不负有心人，坚持努力终有果。不知道从何时开始，人们发现，凡是有国家、省市重大政策出台、重大事项出现，凡是有轨道交通、川藏铁路、城市建设、教育改革重要进展之时，往往都会有“陈光教授团队”代表学校的智库发声。
2021年7月26日在《中国教育报》报导的《西南交通大学服务区域发展纪实》中，对陈光教授服务地方发展一周的日程做过一个描述：
陈光的日程表排得满满当当：赴成都市政研室参与研讨《推进科技创新中心建设支撑构建高质量发展现代产业体系》的政策文件；参加金牛区专场电视直播节目，解读“幸福美好生活十大工程”；担任成华区青年干部公开遴选结构化考试面试考官……
在学生眼里，“陈光教授本身就是一本书，就是一个活动的讲台”。对学生来说，陈光教授不仅是严师，也是朋友。几年前，一位女学生因多次考研失败，心理压力很大，精神几乎到了崩溃的边缘。后来，陈光教授与她多次诚恳交谈后，她找到了属于自己的人生道路。多年后，已经走上工作岗位的她回忆说：“在陈老师那里，我学到的不仅是知识，更重要的是对人生价值的重新认识。”
图1 陈光教授和学生在一起
在陈光教授看来，教育的本质不仅仅是文化知识的传授，更是健康人格的塑造，即使在罹患癌症的艰难时刻，陈光教授都表现出一个教师和诗人特有的精神价值。下面是他写下的一首诗：
惊梦
惊梦床头风瑟瑟，三十六年云雾中。
无端落叶花伴泪，奈何晴天雁无踪。
沧海轮回悲歌月，青山依旧笑东风。
征帆总在船泊处，登高莫嫌不名峰。
集数十年潜心教育的经历，陈光教授提炼出“教育五字经”，阐释他心目中大学教师的“画像”。《光明日报》曾作过详细报导：
教育是人类自我塑造、不断进步与发展的动力所在。集数十年从教之心得，遂有“教育五字经”：
第一，明白大学之道。《大学》曰：“大学之道，在明明德，在亲民，在止于至善”。我“篡改”一下，“大学之道，在爱学校，爱学生，爱学问无止境”，其实任何一个学问都可以分为五个层次，是什么，为什么，做什么，怎么做，为谁做？寓传道于解惑之中，重育人在教书之时。道器合一，知行合一，亦为大学之道。
第二，关注民生之情。教师职业的社会意义，其实是在社会之中，知识的价值在于应用，学会用知识的阳光关注民生之需要，用科技的眼光关注社会之变化，用世界的眼光关注中国之发展。
第三，仰望星空之美。时下市场经济发展，利益主体分化，物欲横流，人心浮躁。大学之独立的精神尤其重要。大学和大学教师应该成为社会发展的建设性的批评者、既有知识的积极的怀疑者、现有政策的先导性的评判者。教师应该具有丰富而独立的精神世界。
第四，养成儒雅之风。大学教师应该有个怎样的形象？在我看来，他（她）应该荣辱不惊、心存静气、温文尔雅、宽厚达人。高校教师的核心价值则是“个人魅力”。
第五，修炼九鼎之才。以言履职、以言行道、以言教书、以言育人，是教师的职业的特征。广博的学识加上雄辩之才，是为师者之至高境界。能说善言而又言中有物，是大学教师的基本功。
在教育教学领域，陈光教授先后开设课程20余门，包括国家精品课程等；陈光教授团队在学校创新创业教育中发挥着重要作用，先后两次获得国家优秀教学成果奖二等奖，多次获得四川省优秀教学成果奖一、二、三等奖等。
有人说，陈光教授是个“网红教授”。他的博客、微博、微信公众号、抖音几乎每天更新，他也是四川电视台、成都电视台专栏节目和多家平面媒体的点评嘉宾和首席专家。在他看来，教师职业的社会意义，其实是在社会之中，知识的价值在于应用，关注社会，造福民生才是科学之道。陈光教授个人抖音的简介是：天穹为教室，社会做讲台，苍生是听众，也许是个很好的注脚。
图2 陈光教授做客电视台
陈光教授的社会兼职多达20个，每一个兼职都在具体体现大学的社会服务功能。从中国行政管理学会理事到四川省科协常委、省级学会会长，从四川省委省政府决策咨询委员到资阳、德阳、雅安、宜宾等地政府顾问等，都代表着陈光教授的多重身份和不同的社会角色。
目前，在新发展阶段，陈光教授团队正专注于国家科技自立自强、战略产业布局的深度研究。2022年6月初，陈光教授率团队到宜宾做课题调研，团队老师们特地来到古镇李庄，在陈光教授题写的对联前合影。
图3 陈光教授团队在宜宾李庄
随后，陈光教授作为省委宣讲团成员在宜宾酒都饭店为近300名干部作报告。在报告中，他说刚刚去了李庄，深深为李庄的博大、宁静、古朴和苍凉所感动，他问当地干部，“李庄是什么？”然后脱口而出，“李庄是中国文化的折射点，民族精神的涵养地”！会后，应主人的要求，题写了这句不是对联的对联：
中国文化的折射点，民族精神的涵养地。
如今，这句话依然悬挂在中国李庄抗战文化陈列馆，并被收藏在新修建的中国李庄抗战文化博物馆中。
时光荏苒，江河长流。每一个优秀的教师，都是大学历史长河中一个小小的浪花，都是大学这棵大树上的一个季节新芽。陈光教授在交大的故事仍在继续，而刚刚度过第126周年校庆纪念日的西南交通大学，它作为一所有着历史底蕴，特色鲜明、充满活力的大学，一定会不断激励千千万万教师、学生和校友成为行业翘楚，为党和国家事业作出新的贡献！
