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)
新闻写作中的人格化手法******
谭宏伟
人最关心自己的同类。
写给人看的新闻不应忽视人。
如果在新闻导语或新闻主体中注入人的因素,使新闻人格化,无疑会引起读者的注意,增强新闻的可读性。
人格化是一种写作技巧,美国新闻学者麦尔文•曼切尔把它解释为:“找出一个人,一个有代表性的人,他是受影响的或者卷入的,把这个人作为某一情况、或者这一情况的原因或后果的例子而写。”包括写人的语言、人的神态、人的动作、人的感觉,总之是人的外在和内在。
人格化的最大优势在于它可以使抽象的东西具体化,缩短读者与新闻的距离。这一点在涉及抽象东西诸如思想、发展、态势等报道中表现尤其突出。请看下例:
中新社北京电 一位顾客理完发,起身准备付款。但他被告知,由于理得不太成功店里不收他钱。
北京石景山区的这家春光理发店不久前租赁给私人经营了,店经理说,坚持这种优质服务,“会给我们带来更多的顾客。”
这是一篇题为《租赁使北京的服务业充满生气》电讯的导语。租赁制是当时北京经济领域的一个新态势,文章突破了枯燥的统计数字加呆板的叙述模式,而是以一位顾客的经历(理发)似乎又有些出人意料的经历(理发不付钱)为开篇引出下文租赁制对整个北京服务业的影响。这样,读者就通过一个人的亲身经历来体会租赁制使北京服务业充满生气的空泛概念,抽象的“租赁”具体化了,使读者易于理解、易于接受。
人格化的手法可以增加新闻的现场感。因为人格化的手法往往是通过活跃在新闻现场的人的活动来表现。请看下例:
中新社北京电 数不清的目光投向一位斜戴法兰绒帽子、披着时髦的砖红色春季女大衣的风姿绰约的女郎。当北京市春夏时装展销会今天在北京展览馆开幕时,这个放在进门大厅的模特成了最引人注目的人物。
观众像潮水一般涌入展销会的大门。
……
这是一篇题为《北京市春夏时装展销会开幕》消息的导语。这则普普通通的展销会新闻由于导语中这位“风姿绰约的女郎”而增色不少。“数不清的目光投向一位斜戴法兰绒帽子、披着时髦的砖红色春季女大衣的风姿绰约的女郎。”一语勾画出展销会进门大厅的现场气氛。读者受其感染自然也同文中观众一样被这位模特所吸引。对记者接下来描述发生兴趣,记者描述了展销会的规模、品种、销售情况,其中包括最受欢迎的和最受冷落的服装。由于文章有很强的现场感,读者看这条消息仿佛亲历展销会现场。现场感会令读者兴味大增。
人格化的手法,由于注重写人,因而使新闻有人情味。请看下例:
美联社伦敦电 诞生刚刚四星期的吉玛•查瓦茨基得到了一件独特的礼物——一位电子计算机“保姆”。
这个“保姆”没有围裙和温暖的怀抱,却有磁带和打字键盘。
它的名字叫“奥卡三世”,孩子们无需叫她“阿姨”。吉玛的父亲、二十八岁的电子计算机专家詹米•查瓦茨基是这具电子保姆的研制者,他说:“父母对孩子的爱是任何东西都不能代替的。我们也并不打算用它代替”。
……
小吉玛哭闹的时候,他可以哄她,给她讲故事。到孩子学说话时,奥卡三世也能教她说英语、法语和德语。
……
事实上,奥卡三世不光是个保姆。它的身上还装了各种家务事的程序——它能拉开电灯、打开汽车车库大门、甚至还能防盗、防贼。
……
这是一篇很精彩的科技新闻。没有晦涩难懂的科技术语。读者是在计算机保姆和一般保姆对比中了解它“没有围裙和温暖的怀抱,却有磁带和打字键盘”的特点;认识它能哄小孩、会讲故事、能教多种语言等功能。尽管文中没有提到一般保姆的特点,但是它在描述计算机保姆的特点、性能无疑是以人为参照的。这也正是其巧妙之处。这篇科技新闻由于使用人格化的手法而跳出专业技术性的圈子,写得生动而有实感,很有人情味。
尽管人格化的写作手法能变抽象为具体,能使新闻更具现场感、更有人情味,但是,如用得不巧妙,会适得其反。因为:
人格化的写作手法有一定的适用范围,不是对所有的新闻题材都适用。一般来讲,在涉及抽象的、不易理解的东西时运用较多,例如综合性经济新闻、科技新闻等。涉及具体的极易理解的东西时如重大新闻事件的报道中不适用。
人格化毕竟是一种技巧。就像形式要为内容服务一样,新闻写作技巧是为新闻主旨服务的。如果使用这种手法,即所描写的人的行为和意识对揭示新闻的主旨无直接关系,那么大可不必多此一举。
人格化这种写作手法自身也有局限。采用人格化的手法时,在导语中往往不具备新闻的五大要素,新闻事实也是在新闻主体中逐渐展开,这样容易拉长文章的篇幅,放慢文章节奏。
尤其值得一提的是,人格化的写作手法其核心是注重写人,写有典型意义的人,因而记者平日要注意观察与某一新闻事件相关或直接受其影响的人;观察他们的喜怒哀乐、举手投足。善于分析人与新闻事件的因果关系。这样才能防止偏颇。
(历史资料)
(文图:赵筱尘 巫邓炎)