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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）

新时代高校美育的价值意蕴与实践路径******

　　作者：高金勇（南京师范大学）

　　“十四五”规划实施以来，高等教育进入高质量发展新阶段，逐步形成立德树人、“五育”融合的育人新格局。美育作为五育必不可少的重要环节，在促进学生德智体美劳全面发展，培养学生各种能力，落实立德树人、实现培根铸魂方面发挥着重要作用，在高等教育高质量发展过程中扮演的角色也越来越重要。

　　高校美育思想的历史传承与时代创新

　　我国自古就非常重视美育。孔子提出对人的教育应“兴于诗，立于礼，成于乐”，乐教在儒家思想体系中有着举足轻重的地位。《孟子》谈到子贡问乐，有“闻其乐而知其德”之言，也表明“乐”对个人教化、改善气质德行的重要作用。

　　中国近代的一些教育家同样重视美育。梁启超倡导趣味教育与情感教育，体现出积极的人生态度和情感。蔡元培提出“以美育代宗教”，强调国人应该远离宗教的刺激及影响，借用艺术的熏陶满足人性发展的内在需求，达到“真”的境地。陶行知强调“以诗的真善美来办教育”，认为教育资源应该源自生活，借助生活中蕴含的各种审美要素，实现人的审美化提升，最终指向人的完善。

　　进入中国特色社会主义新时代，坚持内涵式发展成为高等教育的基本方针。美育作为实现高校内涵式发展的实施途径，一直备受国家及教育工作者的关注。2020年10月，中共中央办公厅、国务院办公厅发布《关于全面加强和改进新时代学校美育工作的意见》，明确指出“美育是审美教育、情操教育、心灵教育，也是丰富想象力和培养创新意识的教育，能提升审美素养、陶冶情操、温润心灵、激发创新创造活力”。新时代高校美育工作必须坚持以人为本，培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人。

　　新时代高校美育的价值意蕴

　　在新时代高校教育高质量发展过程中关注美育的意义和方法，对把握新时代教育发展规律，促进学生全面发展具有促进作用。

　　一是要坚持高校美育的主体性价值。所谓主体性，就是人作为主体的规定性。康德曾说过：“人，总之一切理性动物，是作为目的的本身而存在的。”因此，一种好的教育方式，必须体现个体的主体性价值，即能够充分尊重人的独立自主、自觉能动的本质特征，使个体达到“真善美”的境地。美育的根本目标是培养全面发展的人，美育的内容具有丰富性、包容性，美育的过程充满感情体验，体现出开放、自由的特征。这种特征为激发学生潜能、促进学生多元化地发挥能动性获取知识提供有利条件。由此可见，美育通过唤醒个体的精神自觉充分发挥其主体性价值，加强学生主体自我意识和自我运用，实现个人的自由人格的发展。

　　二是坚守高校美育的公共性价值。马克思认为，人是一切社会关系的总和。首先，美育以艺术为介质体现其公共性价值。美育在社会生活中呈现出视觉化、图形化、泛审美化等特征，这对个体在社会影响下掌握社会经验、规范，形成社会化具有促进作用。也正是因为美育具象的显著特征，其公共性价值才更容易显现出来。其次，从根本上讲，美育活动在本质上可以归属为具有教育性的审美活动。在这个过程中，美育能够通过审美认同和情理共在孕育公共精神，公共精神的成长依赖于美育公共性价值的认可。

　　三是凸显高校美育的实践性价值。实践是认识世界、改造世界的手段。美育通过实践对艺术的介质进行加工、改造，就实现了教育的职能。一方面，体现为教师的主导实践价值。陶行知提到，“教师的生活是艺术生活”。他认为教师应该将教育艺术化，将教育过程变成审美过程，引导学生构建“人格长城”，培育生活审美价值的内生动力。另一方面，体现为学习者主动学习的实践价值。学生作为审美主体，通过对艺术客体的审美认知，发现潜在的真理，实现个人成长、情感升华。

　　新时代高校美育的实践路径

　　在教育过程中，应以系统化和整体化的思维对美育的体制机制、介质载体、创新实践等方面进行探索，切实提高学生的审美素养和能力水平。

　　首先，要构建管理机制，提供高校美育发展制度保障。管理机制是保证学校内部主要工作目标有效运行的基本程序和手段，建立科学有效的管理机制是高校美育与大学生人格培养得以有效开展的基础性工程。第一，美育要落实立德树人根本任务目标，结合美育特点，构建新时代学校美育目标体系。第二，要充分发挥教育评价的激励和导向作用，采用发展性评价、多元化评价等综合评价方式，建立以美育为基础、遵循教育发展规律的评价体系。第三，由于美育具有社会性特征，须充分借助开放的、立体化的社会资源，构建社会、家庭、学校一体化的美育实施机制。

　　其次，要开拓社会资源，挖掘高校美育发展媒介载体。美育具有形象性、普遍性、自由性等特征，因此在做好美育课程建设的同时，应充分挖掘美育媒介载体。一要借助形象生动的多媒体手段，促进课程知识的吸收掌握，提升学生对知识的掌握程度。二要利用重要纪念日等活动，引进社会剧院、高雅艺术等社会资源，增强学生文化自信；三要创新网络载体，充分发挥网络、新媒体等优势，加强学生课程外美育的有效提升，增强对学生的环境熏陶。

　　最后，要提高艺术技能，实现高校美育发展“知行合一”。马克思曾指出过两种不同的掌握世界的方式，即科学的、理论思维的掌握方式与艺术的、实践—精神的掌握方式。在他看来，掌握世界就是要一方面认识世界，另一方面又要依据人的目的改造世界。美育并不仅限于理论知识的学习和吸收，美育知识的创造和表现，必然依托美育知识的实践得以实现。

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）