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）

疼！为什么身体这个部位被足球运动员视如生命？******

　　世界杯已进入第四天，如火如荼的赛程让人激动不已，不过也有不少人发现，许多球员因伤病告别了本次世界杯，其中脚踝损伤是足球运动员常见的伤病之一，比如韩国球员朴志洙因脚踝韧带撕裂，在最后一场热身赛中告别了世界杯。德国球员罗伊斯脚踝伤病无法及时恢复，前锋维尔纳，作为上届德国队征战世界杯和欧洲杯的主力球员，也因为脚踝韧带撕裂宣告缺席本届世界杯。

　　不只是专业球员，普通人也会经常脚踝损伤，也就是我们所说的崴脚。但是因为太常见，很多人不当回事，除非肿痛难忍才去看医生。

　　其实，脚踝损伤需要及时处理，否则会给我们留下后遗症，带来生活的不便。

　　一、我们的脚踝什么时候最容易受伤

　　正常情况下，韧带——一种短而坚韧的带状组织，将我们关节处的骨头固定在一起，所以我们的脚踝才可以自如地活动。

　　当我们在高低不平的地面上行走或跑步时，下楼梯、起跳后落地，容易失去平衡会发生踝关节扭伤，尤其是在踩到石头或踩空时更容易发生。

　　在上述场景中，我们的踝关节扭曲、拉伸或弯曲过度，固定在我们踝关节的其中一根或多根韧带被撕裂或疼痛性拉伸，严重时，还会出现骨折。

来源：解放军第306医院

　　如果之前曾经发生过踝关节扭伤，腿部肌肉无力或腿部肌肉损伤，穿高跟鞋等，会更容易扭伤踝关节。

　　二、处理方式不当，可能会留下后遗症

　　如果，不小心扭伤脚踝后，你第一时间会选择怎样处理？

　　转动下脚踝，感觉不太痛，继续运动？

　　在感觉到痛的地方，抹上红花油活血化瘀？

　　拿个热毛巾敷一敷？

　　其实以上都是错误的处理方式。

　　继续运动，可能使损伤部位症状加重。

　　红花油的活血作用，会使血流加快，让肿胀更加严重。

　　在受伤早期，韧带表面分布的细小血管破裂，如果采取热敷的方式，可能会使细小血管进一步扩张，导致出血更加严重，淤青更加明显。

　　有数据统计，踝关节扭伤损伤者中，会有30%-40%的人是在不正当处置下出现慢性踝关节不稳或其他症状。因为不当的处置导致愈合不良，容易出现经常性的踝关节疼痛肿胀，经常崴脚等症状。

　　如果存在以下情形，就需要警惕可能是留下了后遗症，需要到医院去寻求帮助：踝关节扭伤3个月以上仍然存在疼痛、肿胀等不适症状，或者走平路也经常扭脚；走远路感到踝关节疼痛、肿胀；走路时出现“闪”一下或者“打软腿”的情形；下楼梯时需要小心翼翼，很怕扭脚，或者感觉很难控制脚踝；在运动中变向比较困难等。

　　三、脚踝损伤后如何正确处理？

　　我们首先可以先判断一下扭伤的严重程度。

　　脚踝损伤的症状一般包括：踝关节肿胀、疼痛，尝试行走时疼痛加重，一天后可能会出现淤青（韧带表面分布的细小血管破裂所导致）。

　　如果扭伤后感受不到严重的疼痛，也没有出现淤青、肿胀等症状，一般情况不严重，不必去医院，这种情况下，减少活动多休息，对脚踝进行冰敷，这可以通过降温收缩毛细血管，减少出血和渗液，有利于控制病情发展。

　　如果无法判断病情程度，可以采取PRICE原则，同时尽快到医院由专科医生进行判断治疗。

　　P：保护。

　　以适当的工具和姿势（如石膏或支具）进行保护，避免造成二次伤害，保护固定踝关节的时间大概为一到三周。

　　R：休息

　　停止脚踝活动，避免加重伤势。

　　I：冰敷

　　在扭伤后48小时内，通过降低受伤部位温度，可以减轻炎症反应和肌肉痉挛，缓解疼痛抑制肿胀。注意不要将冰块直接敷在扭伤的地方，可以用湿毛巾裹住冰块，以免冻伤。

　　C：压迫

　　用弹性绷带包裹给受伤部位加压，可以阻止继续出血，预防严重的踝关节肿胀。

　　E：抬高患肢

　　将小腿和踝关节抬高至高过心脏的位置，比如躺下在腿下放几个枕头。注意踝关节的高度应超过膝关节，膝关节的高度超过髋关节，髋关节的高度超过身体水平位。这可以促进下肢静脉血管的运行，降低脚踝疼痛肿胀的症状。注意，在没有明显消肿前尽量不要让受伤脚着地，有条件的话尽量保持受伤脚抬高。

　　资料来源：潇湘晨报、科技日报澎湃新闻、生命时报、阜外华中心血管病医院、广州日报

　　整理：党敏