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)
最高检:2022年前11个月检察环节共追缴农民工欠薪约4.9亿元******
春节临近,农民工工资支付逐渐进入高峰期,欠薪问题也易进入高发多发期。刚刚召开的国务院根治拖欠农民工工资工作领导小组全体会议再次强调,依法严厉惩处恶意欠薪行为,确保农民工及时足额拿到工资,加大农民工就业帮扶,对失业农民工、困难农民工及时予以失业补助、困难救助,兜牢基本民生底线。最高人民检察院第一检察厅负责人就2022年检察机关办理拒不支付劳动报酬犯罪案件的相关情况接受了记者的采访。
据介绍,在依法打击恶意欠薪过程中,检察机关能动履职,通过刑事检察从严惩处、民事检察支持起诉、行政检察督促履职、公益诉讼检察建议,为农民工工资筑起“四大检察”保护屏障。一方面,以刑事检察依法惩处恶意欠薪犯罪为核心,有效发挥刑罚的惩治和震慑作用,精准打击“以转移财产、逃匿等方法逃避支付劳动者报酬”等恶意欠薪行为。2022年1至11月,检察机关对情节恶劣、后果严重,经刑事立案追缴仍不履行支付义务的犯罪嫌疑人依法提起公诉897件999人。2022年1至11月,检察机关共监督公安机关立案拒不支付劳动报酬犯罪案件126件143人。
另一方面,刑事、民事、行政、公益诉讼四大检察融合执法,多措并举、协同发力,全力做好助力讨薪的追赃挽损工作,保障拖欠农民工工资报酬优先、及时、足额支付,让劳动者更“安薪”。2022年1至11月,检察环节依托刑事打击共追缴欠薪约4.9亿元。此外,通过民事支持起诉、行政检察监督专项活动等监督履职,帮助劳动者拿回更多“票子”,最大限度解决农民工最关心的利益问题。如,湖北兰某某拒不支付劳动报酬案,检察机关恪守客观公正立场,依法准确认定兰某某虽客观上未能在指定时间、地点接受调查,但其并未失联,主观上没有逃匿的故意,其行为不构成拒不支付劳动报酬犯罪。但为实质性解决拖欠农民工薪资问题,检察机关刑民联动、协同作战,通过民事支持起诉的方式,促成双方达成调解,最终足额支付了全部农民工工资,化解了社会矛盾,让被欠薪者真正不再“忧薪”。
拒不支付劳动报酬案件的涉案主体通常是民营企业负责人,检察机关承担着维护农民工合法权益和护航民营企业健康发展的双重职责。检察机关把依法保护劳动者合法权益与促进民营企业守法经营有机结合,在依法惩治恶意欠薪犯罪,帮助农民工追欠挽损的同时,注重改进办案方式方法,推动涉案企业合规整改,让企业发展更健康。近年来,受国际国内经济形势及疫情等多重因素叠加影响,根治欠薪工作较往年更为复杂、更为严峻,一些企业因自身经营遇到严重困难而导致欠薪情况时有发生。检察机关在办案中注意把握企业因资金周转困难拖欠劳动报酬与恶意欠薪的界限,坚持宽严相济为指导,依法贯彻落实少捕慎诉慎押刑事司法政策,通过适用非羁押强制措施、开展羁押必要性审查、充分适用认罪认罚从宽制度等举措,对自愿认罪悔罪、尽力补救支付劳动报酬的犯罪嫌疑人、被告人依法作出不捕不诉决定,及时变更羁押强制措施;对提起公诉的被告人依法提出轻缓刑的量刑建议,最大程度地减少因涉罪对企业正常生产经营的影响,助力企业纾困发展。如,在江苏潘某某拒不支付劳动报酬案中,检察机关对恶意欠薪后潜逃外地且归案后拒不认罪悔改的潘某某依法批准逮捕,同时动态审查把握潘某某的社会危险性变化等条件,在其积极认罪认罚、全部清偿拖欠工人工资并取得谅解后,依法及时向有关机关提出变更羁押强制措施的建议,潘某某被变更为取保候审,为工人持续就业提供了稳定工作环境。
2022年1至11月,全国检察机关共不批准逮捕拒不支付劳动报酬犯罪案件706件760人,不捕率为66.09%,较去年同期上升9.61个百分点,较其他刑事犯罪案件平均不捕率高23.20个百分点;共决定不起诉1202件1444人,不起诉率59.11%,同比上升11.75个百分点,较平均不起诉率高34.22个百分点。
作为根治拖欠农民工工资工作领导小组成员单位,检察机关立足自身职能,及时将办案中发现的行政监管不到位、管理漏洞等问题以制发检察建议等方式反馈给行政执法机关和行业主管部门以及相关涉案企业。如安徽省检察机关聚焦容易出现欠薪问题的房地产开发、教育培训以及网约车、外卖送餐、快递等新业态新领域,主动走访、对接人社部门和相关行业主管部门,共同建立涉农民工讨薪14项工作机制。浙江舟山市检察机关联合县劳动局组织对17家欠薪问题相对严重的用工单位集体约谈并制发《刑事合规风险告知书》,经督促提醒共有16家总包建设单位累计向21180名农民工发放工资款4.5亿余元。此次发布的5件典型案例中,有3件制发了检察建议,通过诉源治理推动建立根治欠薪长效机制,形成农民工合法权益保护大格局。
(总台央视记者 程琴)
(文图:赵筱尘 巫邓炎)