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)
包工头欠薪后失联被刑事拘留 广东湛江公安为农民工追回劳动报酬73万余元******
本报记者 邓 君
本报通讯员 尹雁宏 李晓丹
广东湛江某建筑公司欠薪73万余元,包工头却以生病为由,跟警方玩起了“捉迷藏”,拒绝接受调查。近日,广东省湛江市公安局霞山分局严厉打击恶意欠薪违法犯罪行为,办理了这起拒不支付劳动报酬案,刑拘1名犯罪嫌疑人,为30名工人追回劳动报酬。
2022年12月14日,湛江市公安局霞山分局建设派出所接到区人力资源和社会保障局移交的一宗拒不支付劳动报酬案件。
据人社局反映,该案所涉及的项目总包公司是广东万某建筑工程有限公司(以下简称万某公司),基坑支护专业分包单位是某经建筑工程(湛江)有限公司(以下简称某经公司),某经公司法人代表为徐某诚,某经公司派驻该项目负责人(包工头)为何某令。
2022年9月7日,该项目工人王某文等30名工人向人社局反映在该项目被某经公司拖欠工资共计73.2万余元,人社局于当月13日立案查处,并分别找到徐某诚和何某令询问调查督促支付拖欠的工人工资。
直到当年11月5日,人社局劳动保障监察综合执法大队从王某文等3名工人代表处了解到,30名工人被拖欠的工资仍未支付。随后,人社局先后于2022年11月7日和2022年11月17日两次向某经公司发出《劳动保障监察限期改正指令书》,要求某经公司限期支付王某文等人被拖欠的工资。然而,某经公司未能在规定期限内结清王某文等人被拖欠的工资。
2022年12月14日,霞山警方接收该案件后,由建设派出所主办该案。次日,侦查民警立刻召集王某文等3名工人代表了解情况,经询问得知,工人工资均由何某令约定并支付,所有工人均未签订劳动合同。工程结束后,工人曾向某经公司、何某令、万某公司及开发商多次讨薪,但只有个别工人领取到部分工资,大部分工人一分钱都没领到。工人多次讨薪后,何某令竟直接失联不接电话。
由于工人均来自农村,更有多人是家庭唯一劳动力,欠薪数额较大且时间较长,现年关将至,工人急需领取报酬回家过年,因此情绪非常激动。侦查民警在现场向工人代表表明态度,承诺会在最短的时间内竭尽全力帮助追回欠薪并将涉案人员绳之以法,同时嘱咐工人代表积极安抚好其他工人的情绪。
随后,侦查人员对万某公司派驻在该项目现场办公室成员何某鑫进行了询问调查。据何某鑫所述,万某公司都是按时支付某经公司该项目工程进度款,从无拖欠,截至2022年6月27日,万某公司直接支付某经公司该项目工程进度款595万余元,并代付该项目21名工人工资共计37万元。
2022年12月17日,霞山警方前往多地大力搜集旁证,证实何某令的确欠薪73万余元,遂立刻对其进行口头传唤。然而,何某令称自己核酸阳性,但拒绝提供健康码,漠视侦查人员的传唤,拒接民警电话。
2022年12月22日,霞山警方对该案立案侦查。直到民警将传唤证图片和其触犯的法条及可能引发的严重后果通过短信送达何某令,要求何某令限期内到公安机关配合调查,否则将对其采取追逃和抓捕措施,何某令才意识到事情严重性,于2022年12月28日到案。同日,何某令被依法刑事拘留。
经审讯,2021年7月何某令从开发商处拿到该项目基坑支护工程,因没有足够资金,找到何某京投资该工程,何某京又联系某经公司挂靠承包该工程,该工程总造价844万余元,截至2022年6月,某经公司已收到万某公司支付的工程进度款600余万元,但其以万某公司未结清工程款为由一直拒不支付拖欠的30名工人工资73万余元。
民警对何某令进行普法教育,告知应立即筹集资金支付拖欠的工人工资争取宽大处理。同时,民警又与开发商、万某公司相关人员取得联系,希望在追讨30名工人被拖欠的工资事项上取得对方支持。
终于,2022年12月29日,侦查人员召集工人代表与何某令在人社局相关负责人、万某公司相关人员及建设派出所负责人共同见证下,在派出所会议室对某经公司因该项目拖欠的工人工资明细进行最后核对确认,当日22时许,30名工人被拖欠的73万余元工资全部支付结清。
在处理欠薪案件过程中,霞山公安分局以“春风利剑2023”专项行动为契机,积极主动与区人力资源和社会保障局形成联动机制,组建清欠专班,动态关注欠薪线索及清欠工作开展情况,定期召开案件研讨会,分析总结案件办理经验教训,提升执法队伍执法能力。同时,不断总结典型案例,对外进行宣传教育,增加了被欠薪务工人员的信任感。
(文图:赵筱尘 巫邓炎)