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)
活力中国丨在外商投资热情中感知中国经济活力******
刚刚过去的这一年,中国吸引外资顶住多重压力,引资规模稳定增长,结构不断优化,外资企业用脚投下信任票。新的一年,外商的投资热情如何?春节前夕,记者奔赴招商一线、深入外资企业,去感受中国这片投资热土的蓬勃活力!
江南小城缘何成为中小外资企业集聚地?
江苏太仓,不仅是“鱼米之乡”,也是“德企之乡”。包括470多家德资企业在内的外资企业,已成为太仓经济发展的强大引擎。
2022年太仓新设立和新增资的外资项目有183个,而中小外资项目就达到了120个,占比超过了65%。那么,太仓为何会成为中小外资企业的集聚地呢?
在江苏太仓高新区,记者看到虽然是周末,但招商、规划等部门的工作人员依然在为今年落地的外资项目召开协调会。
太仓高新区管委会副主任陆利璟,不久前作为赴欧招商团的主要负责人,和招商团队9天在欧洲跑了14座城市,带回了这批外资项目。在跟记者谈起此次的欧洲之行,陆利璟先给记者看了一段广为传播的视频。在这段视频中,外方代表上来就说,“能再次听到中文感觉真好!”这让陆利璟和他的同事们倍感亲切,也正是因为这句话拉近了双方的距离,让对方的投资部门当即决定把一个新项目跟太仓进行对接。
不仅如此,陆利璟和同事们在欧洲走访了20多家企业和商协会,并最终拿到了总投资130亿元的外资项目。
在太仓招商局,记者看到这些来之不易的外资项目,每一个都实行专班负责制。专班工作人员视频沟通进展、邮件确认细节,忙而不乱。与此同时,为这些外资项目储备的专业技术工人,也在太仓“双元制”培养体系下同步推进。这些“双元制”学生既是学校的学生,也是企业的准员工。
在这批新落户的外资项目中,这家德资企业刚刚找到了新厂房。德国人希内曼正在给新厂房设计方案。他在太仓21年,亲眼见证了企业从最初的一个售后服务部门成长为一家中大型外资企业。在他眼里,太仓本地团队的本土化能力、快速高效的沟通,不仅给了太仓发展新项目的空间,也给了他们企业成长的机会。
一条公交线串起一条产业链
在采访中记者还发现,仅在太仓高新区南京路25平方公里范围之内,就集中了将近800家中小外资企业。除了太仓的地理区位优势、优良的营商环境,还有哪些是这些中小外资企业看中的呢?
在最早进入太仓的这家德资企业门口,记者发现了这样一个公交站台,这个站点就是以这家德资企业命名的,叫克恩里伯斯,从克恩里伯斯出发前后4公里范围内,聚集了40多家外资企业,形成了一条汽车产业链,现在坐上这趟公交车,就能把新能源汽车的电驱系统配齐。
如今,在太仓一辆整车七成零部件都能找到供应商。围绕产业链、供应链寻找发展机遇,也成为越来越多的中小外资的共识。
1个人如何搞定1.6亿元项目落地?
中国不断完善的产业链、供应链配套体系,对外资形成了一种强劲的吸引力。此外,记者在探访中感受到,还有一种力量,也让外资企业愿意到中国来、放心到中国来。
在江苏扬州,德国人钦安仁每周都会从上海开车来这里,查看他们企业新厂房的设备安装进展。这个投资约1.6亿元人民币的厂区,目前建设正在稳步推进,今年9月份将正式投产。但回想起项目刚刚开建那会儿,钦安仁却十分焦虑,因为这么大的一个项目,德国总部只派了他一个高管来。
不过,钦安仁的焦虑并没有太久,很快当地的驻企联络员马子樾找上了他,自此,项目的任何问题都由马子樾来协调。
钦安仁是一周往工地跑一回,而被他昵称为“工长”的马子樾,在工期紧的时候几乎每天都会往现场跑,并通过视频与电子邮件和钦安仁沟通,共同推进厂房的改造建设。
钦安仁告诉记者,整个厂房不到一年就建成了,跟欧洲那边的速度比起来非常快,欧洲总部对建设的速度非常满意。在这个项目投产后,总部还将进一步追加产线,总投资预计超过10亿元人民币。而他们持续追加在中国的投资,追寻的是“在中国、为中国”的理念,同时,看中的是中国供应链的本地化,还有中国庞大的市场。
中国大市场 世界大机遇
记者在多地采访中发现,外资企业纷纷表示,看好中国大市场潜力、经济前景和开放政策,2023年将继续深耕中国市场。
在浙江宁波,这家汽车零部件外资企业把全球研发总部设立在浙江自贸区宁波片区。眼下,设计师们正在对一款最新研发的新能源汽车智能外饰产品,进行最后一轮性能测试,这将给企业带来新的市场机遇。
2022年,宁波平均每月吸收外资3.3亿美元,并专门成立了投资促进部门。今年,宁波将聚焦重点产业、新兴产业、未来产业等,开展产业链精准招商,推动92个外资项目早落地、早到资、早开工。
在山东聊城经济技术开发区,这家世界500强企业年产1.6万吨冷冻食品项目不久前刚刚投产,这也是这家外资企业在聊城的第10次投资。企业负责人告诉记者,他们持续增资的背后,一是原材料供给很丰富,二是有任何困难,政府都会第一时间推动解决。
如今,不断开放的中国市场,日益完善的营商环境,让越来越多的外资企业选择在中国布局总部项目、制造基地和研发中心。这家美国企业在海外的首家研发中心不久前在上海落成,今年将研发具有中国特色的本土化产品,并利用全球资源将创新成果引入中国。越来越开放的中国,使得这些外资企业在中国发展的信心越足。
中国吸引外资 向高而攀向新而行
数据也显示,在刚刚过去的这一年,中国保持了吸引外资“增量提质”的态势。
2022年前9个月,中国吸收外资规模就达到1万亿元;前11个月,突破1.15万亿元,超过2021年全年水平。
与此同时,外资来源更加多元。2022年前11个月,韩国、德国、英国、日本等国家的实际对华投资同比分别增长122.1%、52.6%、33.1%和26.6%。
高技术产业成为吸引外资“主引擎”,2022年1-11月我国高技术产业实际使用外资增长31.1%,其中高技术制造业增长58.8%,高技术服务业增长23.5%。
今年1月1日,新版鼓励外商投资产业目录正式实施,与上一版相比,新版目录净增加239条,增加条目数为近年来最多,进一步扩大鼓励外资投资范围。
中国贸促会近期对160多家在华外资企业和外国商协会的调研结果显示,99.4%的受访者对2023年中国经济发展前景更有信心。
(总台央视记者 张勤 王琰 岳群 丁雅妮 张道峰 张歆 杨光 盛瑾瑜 江苏台 太仓台 山东台 宁波台 北仑台)