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）
东西问｜于成龙 ：殷墟战车何以实证早期东西方文明互鉴？******
中新社北京1月4日电 题：殷墟战车何以实证早期东西方文明互鉴 ？
作者 于成龙 中国殷商文化学会理事、中国国家博物馆研究院原副院长
殷墟 ，埋藏着商王朝最后一处都邑，《竹书纪年》称“自盘庚徙殷 ，至纣之灭 ，二百七十三年，更不徙都”。曾经 ，繁华如梦。
殷墟可提供文明互鉴 的出土文物很多 ，车 是其中重要一种 。车是人类技术史上的重大发明，也是人类在长期生产、生活实践中不断积累经验 、改进完善的重要工具。殷墟出土 的实物战车是中国古代最早以马作为使役的两轮战车实物 ，受到海内外考古界 的高度关注 。但鲜为人知 的是 ，殷墟战车也 是早期东西方文明互鉴 的实证之一。
文字记载的先秦战车作何用？
战国时期楚国诗人屈原在《九歌》名篇《国殇》中以极强 的艺术感染力 ，情感真挚地描绘出一幅楚国将士英勇抗敌 的壮烈图景 。其中“车错毂兮短兵接”“凌余阵兮躐余行，左骖殪兮右刃伤”“霾两轮兮絷四马”，即是沙场战车驰骋交错 、战马嘶鸣 、短兵相接场面 的如实写照。
依屈原诗句所载 ，以马作为使役 的两轮战车，至迟从商代晚期至西汉早期 ，一直被用作重要军事装备 ，使用时间长达一千余年 。在群雄争霸 的春秋战国 ，拥有战车 的数量更是衡量诸侯列国军力 的标准 。《孟子·梁惠王上》记载 ：“万乘之国，弑其君者 ，必千乘之家；千乘之国，弑其君者 ，必百乘之家 。”其中“万乘”“千乘”“百乘”之“乘”，辞意驷马一车 ，足见战车在当时军事装备中 的重要地位。
另一方面 ，这种以马作为使役 的两轮战车也 是出行 、田猎及其他活动的重要交通工具 。20世纪初，河南安阳小屯曾出土一块刻辞卜骨 ， 是残断 的牛右肩胛骨下部 ，清宣统三年(1911年)被考古学家罗振玉所收。该卜骨正 、反面刻满长篇卜辞，现存近180字，字口涂朱，内容 是商王武丁分别于癸酉、癸未 、癸巳与癸亥四日，占问该旬之内是否将有灾祸发生 。其中，癸巳日卜辞验辞记述，占卜次日甲午 ，商王田猎，在追逐兕时 ，小臣甾 的车马与王车发生碰撞 ，子央从车上跌落 。由此可知，商朝战车亦用于田猎 。
此外，作为古代中国礼乐制度的重要载体，天子、诸侯 、卿、大夫、士，不同等级 的贵族拥有车 的数量及装饰各不相同 ，相关考古发掘也确证不同等级车马制度 的隆杀之别。
殷墟揭开晚商战车之谜
如上所述 ，凡此《诗·秦风·车邻》“有车邻邻”，《小雅·车攻》“萧萧马鸣”等中国古代典籍及甲骨文中对于战车 的记载不胜枚举 。通过科学的田野考古发掘，人们终得以洞察中国古代战车的真实样貌 。
1928年10月至1937年6月 ，当时 的中央研究院历史语言研究所考古组在河南安阳西北小屯及洹河南北两岸主持进行了15次考古发掘，揭露众多遗址 、墓葬 ，出土大量遗物。
新中国成立后 ，此地考古发掘工作得到全面开展 ，并取得举世瞩目的丰硕成果 。已经出土的16万片刻辞甲骨及90余年的历次考古发掘显示：此地主体遗存始于商王武丁时期，至商王帝辛，埋藏着商王朝最后一处都邑 ，即商王盘庚所迁之“殷”，典籍所载之“殷虚”，亦即商代甲骨文所称“大邑商”之中心所在 。
历经90余年殷墟考古发掘，已出土百辆双马系驾的两轮马车，也是迄今所知中国古代最早 的马车 。2005至2006年，安阳钢铁厂西南发现车马坑10座，其中5辆马车为横列摆放，壮观异常。凡此种种 ，皆为后世首次揭示商代晚期马车 的真实结构 。
安阳钢铁厂出土商代晚期车马坑 。图片来源 ：殷墟博物院经过考古工作者的细致梳理发现，商代晚期马车系由一舆 、两轮 、独辕、单衡与双轭五大构件组成，需青铜铸造 、漆木器加工及皮革加工等众多手工业部门协同制作，集中体现了当时手工业发展的整体水平 。
殷墟孝民屯商代晚期马车结构图。图片来源 ：殷墟博物院
商代晚期马车复原图。图片来源：殷墟博物院殷墟发现 的商代晚期马车 ，伴随有戈 、箭镞之类武器及多种马具 。《史记·周本纪》记载，商代末年 ，周武王“率戎车三百乘，虎贲三千人 ，甲士四万五千人，以东伐纣” 。由此可知殷墟出土的这些马车即当时的“战车” 。
商“王宾中丁”刻辞卜骨，现藏于中国国家博物馆 。其中癸巳日卜辞验辞记述占卜次日甲午 ，商王田猎，在追逐兕时，小臣甾的车马与王车发生碰撞，子央从车上跌落。由此可知 ，当时战车亦用于田猎。图片来源：《中华文明——<古代中国陈列>文物精萃·夏商西周时期》同属于商代晚期 的陕西西安老牛坡遗址与山东滕州前掌大遗址也发现了车马坑 ，马车构造与殷墟所见相同 。换言之，目前所见考古证据表明 ：商王武丁时期 ，即公元前13世纪是中国境内出现畜养家马与战车 的最早时间。
谛审上述商代晚期遗址出土 的两轮马车 ，结构力学合理，制作工艺精良，且使用大量青铜构件，绝非初创草成之作，而是经过了漫长的发明 、改进及完善过程。然而，省察经考古发掘的河南偃师商城、郑州商城及小双桥等商代早期遗址，均未发现马骨及两轮车辆遗存。
如此 ，商代晚期突然出现 的双马系驾两轮战车，从何而来？
中西亚出土战车早于殷墟
放眼欧亚草原考古 ，距今约5500年 的现哈萨克斯坦“柏台遗址”出土了大量马骨 、马牙 、利用马骨制作 的鱼叉及马粪堆积 ，陶片上甚至还检测出马奶脂肪酸 的残留，这 是目前所知人类驯化马匹 的最早记录，说明当时 的人们已经开始驯化马匹。
欧亚草原南乌拉尔地区 的“辛塔什塔遗址”，年代为公元前2000年左右。该遗址墓葬中出土了目前可以确认 的年代最早 的双马系驾两轮战车 。位于外高加索亚南部亚美尼亚塞凡湖边 的“鲁查申遗址”，年代约为公元前1500年 ，遗址墓葬中出土数辆双马系驾两轮战车 ，与商代晚期战车极为相似 。同时，据两河流域北部公元前18世纪 的文书记载 ，当时由1400人组成 的军队 ，装备了40辆战车 ；公元前17世纪 的文书也记述 ，8支军队装备80辆战车。此外 ，叙利亚出土的印章图案显示 ，一士兵乘双马系驾两轮战车，开弓射杀敌方 ，以及两人乘两轮战车，驱车践踏敌方的生动场景 。这些考古证据则表明 ，早于商代晚期 ，双马系驾两轮战车已在中亚 、西亚地区风行日久 。
亚美尼亚塞凡湖边 的鲁查申遗址11号墓出土两轮马车。图片来源 ：王巍《商代马车渊源蠡测》出于中西亚，终胜于中西亚
如将这些中亚、西亚地区 的双马系驾两轮战车与中国目前所发现商代晚期的双马系驾两轮战车进行详细比较 ，就会发现，两者构造相同，均为一舆 、两轮、独辕、单衡与双轭 ，各主要部件制作及衔接工艺相同，且皆使用青铜车马器具 ，可见两者存在明显 的内在联系 。因此 ，在中亚、西亚盛行已久的双马系驾两轮战车以及家马 ，应是商代晚期突然出现的家马与双马系驾两轮战车之源，这一判断符合对目前有关考古发现 的解读。
然而 ，需要说明的是 ，商代晚期使用 的双马系驾两轮战车 ，并非是简单 的引进 、模仿 ，而 是在中亚、西亚地区流行 的双马系驾两轮战车的基本框架上 ，结合自身需要 ，对车体、车舆面积 、轮径及轨距等主要部件进行了大幅改造，塑造自身车马器具式样、尺寸，并在商代晚期高度发达 的青铜铸造业及众多手工业 的加持下，制作出工艺更加精湛的战车，从而令其作为军事装备及交通工具的效能发挥到极致 。从殷墟遗存看 ，中国制造的战车在各个方面均已远超中西亚地区 。进入西周后 ，战车结构大体因袭商制，并再次加以改进，成为春秋战国时期战车之原型 。
在中国古代早期王朝时代 的形成及初步发展进程中，商王朝承上启下，影响深远 。引进、消化、吸收、创新，这些理念在商代晚期双马系驾两轮战车的制作中被体现得淋漓尽致，也再次从一个侧面印证了中华文明 的起源和早期发展是一个多元一体 的过程。
通过殷墟战车可以一窥那个时代，正 是源于相互促进 、取长补短、兼收并蓄 的胸怀 ，商晚期在政治 、经济及文化领域才得以成就辉煌 ，代表当时生产力发展最高水平 的青铜铸造方能达到“炉火纯青”，从而创造了彪炳后世的青铜文明 。(完)
专家简介 ：
于成龙，文博专业研究馆员 、教授 ，著名青铜器专家 ，中国殷商文化学会理事；原中国国家博物馆研究院副院长。2018年9月 ，受中国文化和旅游部 、国家文物局指派，作为青铜器专家赴英国对圆明园流失文物 、西周晚期青铜器“虎鎣”进行真伪及其他情况鉴定 。发表《文物里 的古代中国•夏商西周时期》《中华文明——文物精萃•夏商西周时期》《中国国家博物馆古代艺术系列丛书•中国古代青铜器艺术》及《中国国家博物馆历史文化系列丛书•证古泽今——甲骨文文化展》等论著数十部(篇)。
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