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）

重庆深化普通高中课程改革 推动多样化特色发展******

　　记者 云钰

　　1月6日下午，重庆市第一中学校与挪威办学历史最悠久的学校之一——特隆赫姆教堂高中，结为友好学校。双方将在教师培训、课程开发、人文交流等方面开展深度交流，进一步丰富重庆一中集约多元的国内、国际课程资源。

　　“目前，学校已经建成6个学科课程创新基地，17门重庆市精品选修课程，12类160余门校本选修课程，并设置了小设想、小制作、小发明、小论文等科技‘四小活动’，以及国际课程、STEAM国际创新课程等特色项目，为学生的成长和发展搭建更加多元的空间。”该校相关负责人介绍。

　　近年来，重庆着力全面实施新课程、使用新教材（简称“双新”），推动普通高中多样化、特色化发展，普通高中超大班额基本消除，高中阶段毛入学率达到98.61%，提前实现“普及”目标。

　　消除大班额

　　实施办学条件改善计划

　　近三年累计投入11.88亿元，新增学位11700个

　　“仰望星空，你可以看到更为广阔的宇宙。”1月4日，重庆南开中学地理探究室老师正带领学生体验一堂别开生面的地理课。

　　在教室中间，摆放着一台可触摸操控的超大智能交互平板，两侧陈列了十多种地理教学模型，教室的天花板上悬挂着一个大型活动式星图演示仪。通过这些设备，学生们可以探求天体运行规律，观看地表形态及其变迁等。

　　“星空太美了！”“我们超喜欢上地理课，不仅弄懂了学科知识难点，还激发了我们对天文学的兴趣！”课堂上，学生们发出啧啧赞叹。

　　“我们学校的所有教室均配备多媒体交互式一体机，建成数字化实验室。”重庆南开中学相关负责人称，重庆南开中学积极推进“互联网+教育”深度融合，特别是在2020年新冠疫情期间，该校打造了“录播教学+直播评讲+App批阅作业+微信答疑”线上教育新模式，构建起“立体化”的线上教育体系，确保了“停课不停学”，为后续线下教学打好了基础。

　　市教委相关负责人介绍，近年来，我市大力实施普通高中办学条件改善计划，近三年累计投入中央和市级经费11.88亿元，教学科研仪器设备投入增加1.85亿元，数字终端增加1.69万台；新建普通高中学校12所，新增学位11700个。

　　特别值得一提的是，目前，我市已将全市公办普通高中学校生均公用经费财政拨款标准，从每生每年1000元提到1300元，全面取消普通高中“择校费”。

　　此外，针对城乡教育发展的薄弱环节和难点，重庆还实施了“十四五”县域普通高中发展提升行动计划，提出了“合理优化学校布局、提高经费投入水平、实施标准化建设工程、健全教师补充激励机制”等19条具体举措，着力提升县域普通高中办学水平和条件，不断缩小普通高中学校办学差距。

　　打造多彩特色课程

　　校园“各美其美”

　　建设普通高中课程创新基地162个，精品选修课程650门

　　“学校在确保开齐开足国家规定的各类课程基础上，还从德育类课程、竞赛类课程、科技创新类课程等维度，拓展化实施国家课程，培育学生的核心素养。”前不久，在重庆巴蜀中学举行的第四届课程博览会上，该校展示的涵盖人文、科学、体育、艺术等100多门校本选修课，吸引了众人的目光。

　　“通过《重庆古迹、遗址寻踪》课程，同学们寻访重庆历史建筑、抗战遗址，了解家乡历史文化；在《唐诗里的朋友圈》课堂上，学生们可以和网络博主共同赏析诗词之美。”该校相关负责人介绍，近年来，巴蜀中学构建了“潜能·个性”课程体系，打造了技术、语文、生物、英语、历史5个重庆市普通高中课程创新基地，16门课程入选重庆市普通高中精品选修课程，激发学生的学习兴趣，培养了学生的创新精神和能力。

　　不仅仅是巴蜀中学，多彩特色的课程体系让重庆市的高中校园“各美其美”。

　　重庆市第十一中学校开发了“大阅读”校本课程群，构建学校“大阅读”课程体系；重庆市第十八中学校打造了“四C课程”体系，从“树本课程”“砺新课程”“海纳课程”“百川课程”拓展人才培养多元化路径；重庆外国语学校构建与国际接轨的外语校本课程体系，对全市的外语阅读教学起到积极的带头作用；万州高级中学着力打造航空特色课程，先后有93名学生被录取为飞行员，被誉为“培养飞行员的摇篮”。

　　市教委相关负责人表示，近年来，全市普通高中学校扎实推进多样特色发展路径，通过开设丰富多彩的选修课程、培育优势学科，打造办学特色，推动学校由分层发展转向分类发展，更好地满足学生多元化学习和发展需求。

　　目前，全市已累计立项建设普通高中课程创新基地162个，60个校本教研基地，精品选修课程650门，评选360个普通高中优秀学生社团，系统构建起具有重庆特色的课程资源体系。

　　稳妥推进新高考

　　深化综合素质评价

　　将其作为高中毕业的必要条件和高校招生录取的重要参考

　　“选课前，我还一直拿不定主意。还好有学校选课走班指导中心的老师帮我评估和针对性的指导，我才做出了适合我的选课方案。”1月5日，重庆市第八中学校一名高三学生对记者这样说道。

　　“高考改革是教育领域综合改革的重点领域和关键环节，作为高考改革的核心设计要点，我们探索了一种具有学校自身特色的‘选课走班’教学模式。”重庆市第八中学校相关负责人介绍，为充分满足学生个性化发展的要求，学校开齐了“3+1+2”选科模式中的12种组合，并成立了选课走班指导中心，综合评估分析学生的兴趣爱好、学业成绩、成长记录、特长与潜能等不同特点，并根据全国高校招生动向、将来就业状况等社会因素对学生进行针对性的指导。

　　“为了充分尊重学生的选择，学校为他们的个性化发展提供丰富的课程支撑，每周还开设了生涯规划课，邀请高校各专业教授、社会各行业精英到校开展讲座，指导学生科学认知自我，结合高校专业选考科目要求，选择更科学合理的高考科目组合。”该负责人说。

　　据市教委相关负责人介绍，重庆从2018年开始实行新高考,即采取“3+1+2”新高考模式，不分文理科，语文、数学、外语为统考科目，在历史和物理科目中首选1门科目，然后在思想政治、地理、化学、生物学科目中再选2门科目参加选择性考试。

　　这几年来，我市各普通高中稳妥推进高考综合改革，实行新学业水平合格性考试，有序推进普通高中选课走班教学，创新开展学生综合素质评价工作，目前全市已构建了覆盖德智体美劳五育融合的综合素质评价体系，并将综合素质评价作为高中毕业的必要条件和高校招生录取的重要参考。

　　“未来重庆还将进一步优化普通高中学校布局，新建、改扩建一批普通高中学校，实施普通高中标准化建设工程，促进普通高中内涵提升。”市委教育工委书记、市教委主任黄政表示，接下来，我市将着力推进普通高中学科课程创新基地、精品选修课程、优秀学生社团等项目建设，促进全市普通高中多样化有特色发展；提升普通高中治理效能，坚决杜绝违规跨区域掐尖招生，健全教师补充激励机制，提高教师能力素质，整体提升全市普通高中办学水平。