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）

《三体》上线，科幻迷进入狂欢模式******

　　《三体》电视剧在1月15日晚开播，这个中国科幻的最大IP千呼万唤始出来。在网上，有细节控整理出了“汪淼的幽灵倒计时”“叶文洁的红岸基地”“三体游戏”“古筝行动”等名场面出现的集数；而观众纷纷表示，“今年过年就给《三体》了”“让我脱水，快到开播”“自然选择！前进四！”……不负众望，电视剧一开播就跃升至微博热搜第一、豆瓣实时热门电视榜第一。

　　《三体》原著作者刘慈欣说过，想象力是人类所拥有的一种似乎只应属于神的能力，它存在的意义也远超出我们的想象。有历史学家说过，人类之所以能够超越地球上的其他物种建立文明，主要是因为我们能够在自己的大脑中创造出现实中不存在的东西。

　　从小说连载到电视剧开播，过去了17年，现在，我们已经处于《三体》所描述的未来时的起始时间段。文字让读者能够以100种1000种方式想象人物的一颦一笑、想象宇宙的瑰丽宏阔，而影视让大脑中的想象在眼前有了对应的所见。观众已经准备好了挑剔而渴望的目光，《三体》准备好了吗？

　　越真实、越接近真正的科学，就会越像《三体》

　　读过《三体》原著的大部分读者非常相信，小说本身已经提供了完整的结构和内容，改编再去做更多修饰是多余的。于是，主创团队请来刘慈欣参与其中，编剧田良良来来回回做了十几版剧本。在创作过程中，考虑的第一要素就是要尽可能贴近原著。

　　从导演杨磊到视觉导演陆贝珂，再到摄影指导，团队中很多人都是《三体》铁粉。他们认为，创作《三体》有一定挑战，因为这跟以前拍的科幻题材都不一样，所谓科幻元素或者外星人元素，并没有直接出现在画面里，只是给人一个理念，而理念，是最不好表达的。

　　《三体》是一部天马行空的科幻小说，但主创团队希望用极其真实的方式去展现电视剧。就像杨磊说的，“让所有东西越真实、越接近真正的科学，它就会越像《三体》”。

　　为了能让科幻“落地”，主创团队找了很多方法拉近观众和作品之间的距离，把深奥的科幻概念用比较容易被理解的语言来转述。比如，“宇宙闪烁”是原著中一个著名概念，剧中就用一个灯泡和一个物体之间的关系来做解释。

　　杨磊介绍，剧中涉及约200个场景，从上世纪六七十年代的“红岸”到2007年的北京，时间跨度非常大。电视剧基本还原了小说中的所有场景，最初希望全部在真实的地方拍摄，但很难实现，还是有置景。

　　《三体》总制片人李尔云说：“普通场景是可以搭建的，但是剧中一些重要的科学场景，很难通过搭建的方式去还原，美术组认为是一个不可能的任务。那放在我们面前的路就只有一条，那就是‘死磕’，用我们的专业精神和真诚，去打动科研机构。”最终，剧组等来了好消息。相关科研单位提供很大支持，在多个科学场景实现了实景拍摄，比如对撞中心、国家纳米科学中心等，这也是这些地方第一次迎来电视剧剧组。

　　“我们也能用特效的方法来解决，但我觉得它不真实，拍出来我不相信，所以力求所有的地方都用真的。场景的真实程度，能让演员、制作者，有一种沉浸感，可信度也会加强。”杨磊说。

　　“古筝行动”怎么拍？

　　几乎每一部科幻影视作品的特效都会尤其受到关注，做得好是赋予作品超越文字的魅力，反之亦然。《三体》的特效有两部分，一是真正拍摄中的特效，比如用纳米丝切割轮船的名场面“古筝行动”，二是《三体》游戏的部分。

　　杨磊说，“古筝行动”最大的麻烦是，切割之后，船要撞成什么样，没有任何一部影片或者已有资料可作参考，“船体被切割后的每一个变形都是不一样的，每一片都要单独设计，没有办法用传统电影美术的方式来完成。它不是纯粹的刚体，还会扭曲变形，这在特效行业里叫‘刚体的动力学模型’”。于是，主创团队只能用真的钢，压成片、窝成船型，然后用挤压机一片片地挤，挤完之后，再推上去焊接成一条船。

　　如果说“古筝行动”等段落的难点，在于需要让画面尽可能真实；而《三体》游戏本就属于虚拟场景，则需要更多想象力。

　　《三体》总制片人白一骢介绍，在充分评估了技术细节、时间成本和成品效果后，摄制团队一致决定用CG的(Computer Graphics的英文缩写，通过计算机软件所绘制的一切图形的总称——记者注)方式来制作。而这对演员来说，也是一次新鲜的体验和挑战。“以前对演员的要求是真听真看真感觉，但在动捕服和绿幕的包围之下，更考验演员的想象力和信念感。”

　　他同时透露，《三体》游戏的CG动画部分，邀请了一些同行朋友来提供面部，以作为游戏人物的面部，如郭靖宇、梁振华、马东、高亚麟、江南、唐家三少、侯鸿亮、费振翔……有兴趣的观众可以在剧中寻找这些人的面孔。

　　演员们也为讲好这个中国科幻故事付出努力。饰演常伟思的林永健说，这是他从艺以来遇到在台词方面最有挑战的一部剧，“这里面有很多逻辑性的东西，因为他们都是物理学家，讲话都很缜密”。饰演老年叶文洁的陈瑾说：“台词很多，也很难背，尽管我已经理解了它的意思，但如果用我自己的语言来说，还是会不太对。”

　　张鲁一在剧中饰演物理学家汪淼，在开拍之前，他就开始搜寻各种相关知识，尤其是物理方面的，“剧中有太多日常生活中涉及不到的专业词汇和专业用语，球状闪电、宏原子、数量级……了解很多知识的同时，也是在不断突破自己，让我对于科幻作品的认知打开了一扇门”。

　　科幻不能只靠刘慈欣，更不能只靠《三体》

　　2019年春节，同样改编自刘慈欣小说的电影《流浪地球》上映，引发观影热潮，迄今位列中国影视票房榜第五位。2023年春节，《流浪地球2》将要上映，预售票房稳居前三。观众对于科幻题材作品的热爱与科幻题材作品的质量与产量满足不了观众需求的矛盾，可能是现阶段最大的矛盾之一。

　　科幻不能只靠刘慈欣，更不能只靠《三体》，而科幻影视化的“落地”就更为不易。从某种程度上，中国科幻的长路依然漫漫，《三体》只是一个略显孤独的先行者。甚至有时候觉得，如果它没有得到如此大的关注，那就是中国科幻到了更好的时候。

　　从2006年《三体》小说第一次连载，到2016年首次公布影视化消息，相隔10年，到2023年真正开播，又过去了7年。在这7年里，我们经历过挫折与悲伤，但又同心协力向前走了很远。

　　“同舟共济版”预告片中讲到，“我们不知道敌人是谁、敌人什么样、敌人是怎么存在的。但是有一点，面对来自地球以外的敌人，我们所有的人，都是第一次。人类同舟共济的时刻到了”。“把我们人类看成是虫子的三体人忘了一个事实，那就是，虫子从来就没有被战胜过。”这些小说中的名句在剧中得到还原，而此时此刻再看，又多了一些感同身受。

　　刘慈欣一直描写宇宙的宏大神奇，描写星际探险，描写遥远世界中的生活和文明。他相信，无垠的太空仍然是人类想象力最好的取向和归宿。17年过去了，《三体》中的未来时间，已经变成了现实的时光。

　　“人类探索的步伐不会停止，在过去、现在、未来的每一个17年里，都将持续不断地向未知、向不确定性发起挑战。人类或许是渺小的，但坚韧和勇气，让我们在这个广阔的宇宙中成为了那个特殊的偶然。”刘慈欣说。

　　宇宙那么大，我们都想去看看。

　　中青报·中青网记者 蒋肖斌 来源：中国青年报