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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）

各地探索服务自动驾驶交通管理新举措******

各地探索服务自动驾驶交通管理新举措

如何为“聪明的车”建设“智慧的路”

本报记者 董凡超

　　驾驶座上没司机，汽车也能上路行驶？或许，这就是未来的日常。随着5G通信、物联网、大数据、人工智能等新一代信息技术的快速演进，自动驾驶已经逐渐从蓝图走进现实。

　　2022年12月，上海市十五届人大常委会第四十六次会议表决通过《上海市浦东新区促进无驾驶人智能网联汽车创新应用规定》，旨在推动产业高质量发展，保障道路交通安全。

　　通过地方立法回应创新驱动下产业发展诉求的做法不仅在浦东一隅。《法治日报》记者梳理发现，近年来，各地各部门将自动驾驶作为科技创新支撑加快建设交通强国的重要领域之一，积极推进自动驾驶技术发展与应用，在政策法规、标准规范、技术研发、试点示范等方面开展了一系列工作。

　　创新发展

　　多个部委有举措

　　清华大学法学院教授余凌云告诉记者，完善自动驾驶汽车准入制度要在充分了解自动驾驶汽车的基础上，制定一套合理而透明的市场准入标准，现行的汽车驾驶自动化分级国家标准将汽车驾驶自动化等级划分为L0-L5级。

　　近年来，我国智能网联汽车产业飞速发展，目前正处于技术快速演进、产业加速布局的关键阶段。除了明确分级标准外，相关部委已开展包括深化试点示范、完善政策环境、推动基础设施建设等工作。

　　在出台发展政策方面，交通运输部、工信部、公安部印发《智能网联汽车道路测试管理规范(试行)》；交通运输部联合发改委等11个部门出台《智能汽车创新发展战略》。

　　在推进标准规范制定方面，工信部、交通运输部、公安部推动相关标准化技术委员会协同合作；在国家车联网产业标准体系框架下研究智能交通标准体系；制定营运客车、营运货车安全技术条件；编制《公路工程适应自动驾驶附属设施总体技术规范》。

　　在推进测试验证方面，交通运输部认定6家封闭场地测试基地(北京、西安、重庆、上海、泰兴、襄阳)；推动测试区数据共享、结果互认，提升测试服务水平；制定《自动驾驶封闭测试场地建设技术指南(暂行)》。

　　在推进试点示范方面，交通运输部开展新一代国家交通控制网和智慧公路的试点；推动5G通信和北斗导航等技术的应用；在北京、上海、河北等地推进一批自动驾驶和车路协同试点项目。

　　目前，各部委正坚持“鼓励探索、包容失败、确保安全、反对垄断”的原则，在地方先行先试、产品准入试点、智能交通基础设施建设等方面多措并举，持续推动我国自动驾驶汽车行业高质量发展。

　　上路行驶

　　制度保障少不了

　　2021年6月23日，依据全国人大常委会授权，上海市十五届人大常委会第三十二次会议全票通过决定，支持浦东新区高水平改革开放。一个新名词——浦东新区法规，进入公众视野。由此，上海拥有两类不同性质的地方立法，一类适用于全上海，一类专门为浦东制定，在浦东新区实施。

　　浦东新区法规明确，开展无驾驶人智能网联汽车道路测试、示范应用、示范运营，车辆应当具备最小风险运行模式，配备处于无驾驶人状态的显示装置以及故障或事故后的警示装置，经过有驾驶人智能网联汽车道路测试并达到规定里程或时间。开展智能网联汽车创新应用的路段、区域由市交通部门会同公安、经济信息化、通信管理等部门根据道路基础条件和实际需要划定并组织开展验收。验收通过后，应当向社会公示，并在该路段、区域及周边设置相应标识和安全提示。

　　山西省阳泉市作为全国首个全域开放自动驾驶的地级市，目前已开展全市200公里道路自动驾驶测试运营工作，50个交通路口路侧基础设施完成智能化改造，形成市域级车城网。2021年9月，阳泉市多个部门出台了《阳泉市智能网联汽车示范应用管理办法》，对自动驾驶载人测试进行了支持。

　　重庆市永川区和湖北省武汉市均出台管理规定，允许获得资质的示范应用主体开展车内无安全员的远程测试、示范和商业运营，为开展自动驾驶业务的企业提供详细的指导和支持。

　　在政策支持下，中国在自动驾驶技术研发和应用方面均位居世界前列。各地法律、规定之于自动驾驶，态度是——鼓励创新、包容审慎、循序渐进，实行分级分类管理，按照从低风险场景到高风险场景、从简单类型到复杂类型的要求，确保安全有序、风险可控。

　　余凌云指出，自动驾驶真正获得普及，还需从全国立法层面为产品准入和道路准入提供统一的合法性支撑，预防和应对技术的不确定性挑战，寻求道德伦理的正当性。

　　“自动驾驶可通过地方立法进行试验来积累经验，最后在国家层面形成统一立法。”余凌云认为，自动驾驶立法应当坚持创新性、前瞻性、开放性的理念，并以“渐进式”立法思路为宜。

　　保障安全

　　公安机关在行动

　　走进阳泉市的数字经济产业园，自动驾驶车辆不时从身边驶过。

　　记者在采访中了解到，阳泉市公安局交警支队四大队为自动驾驶车辆开放了200公里的测试道路，支持其规模化测试运行。并针对区域内住宅聚集区、商业大厦等地周边人员流动性大、即停即走现象多、管理难度大的特点，设置了专用停车位和停车牌，进一步规范了自动驾驶车辆停车行为。

　　据阳泉市公安局交警支队四大队副大队长胡鹏飞介绍，在日常管理中，该大队打造智能网联示范区的专门勤务模式，创建了“线下巡逻与线上巡检”相结合的管控机制，以机动中队为单位，“路长”每天对辖区道路交通情况进行巡逻，如遇自动驾驶汽车存在交通违法行为，及时通知测试安全员，并对企业进行通报。同时，还制定了专门的交通事故处理程序，为及时处置交通事故及安全事件提供机制保障。

　　此外，该大队每月都会组织专人深入企业进行交通安全知识宣讲，详细检查安全员的资质及车辆的安全性能，严禁不符合安全要求的车辆上路行驶。

　　在北京市亦庄新城设立的高级别自动驾驶示范区，科技带来的崭新变化正在改变群众的出行体验——北京交管局联合有关科技公司开展基于自动驾驶车辆感知设备的交通事件举报应用研究，以及基于手机定位的紧急求助、信号灯绿波护航研究等联创课题研究，探索自动驾驶与交通管理的双向赋能，全面提升群众出行的安全感与科技感。

　　余凌云表示，自动驾驶的技术革命可能导致与自动驾驶汽车相关的法律问题层出不穷，也会赋予交通管理全新的执法重点并带来了技术层面考验。在可预见的未来，公安交管部门应当重点解决自动驾驶汽车的事故责任认定、隐私保护与网络安全等问题。

　　“交通管理未来也会依托物联网技术的应用高度智能化、自动化、网络化，真正具有‘千里眼、顺风耳’，做到取证实时化，智能预防事故主动化。公安交管部门也应积极延展科技触角，用有效、精准同时不侵犯隐私的执法手段，护航自动驾驶技术应用行稳致远。”余凌云如是说。

　　图为2022年12月23日，山西省阳泉市公安局交警支队四大队民警对辖区自动驾驶车辆道路交通通行情况进行巡逻指挥。 崔凯 摄

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）