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)
落实“金融十六条”在行动 银行业支持房企授信金额已超5.4万亿元******
记者 杨 洁
2022年11月份以来,“金融十六条”的推出以及三支箭的加速落地,都得到了市场的迅速响应,多家银行同房企签署了意向性授信协议。据中指研究院数据显示,截至1月9日,至少已有105家银行向188家房地产企业提供意向性授信,总额度约54629.33亿元。
近日,人民银行党委书记、银保监会主席郭树清在接受媒体专访时特别强调,要落实“金融十六条”措施和改善优质头部房企资产负债表。
改善优质房企资产负债表是近段时间多项重要会议一再强调的任务。2022年中央经济工作会议指出,“满足行业合理融资需求,推动行业重组并购,有效防范化解优质头部房企风险,改善资产负债状况”。银保监会官网显示,2022年12月份,郭树清主持召开党委(扩大)会议,会议要求“满足房地产市场合理融资需求,改善优质房企资产负债表”。
中信证券首席经济学家明明对《证券日报》记者表示,“改善优质头部房企资产负债表”被多次提及,体现出了稳地产的决心。其中,政策所惠及的主体是“优质头部房企”,意味着政策是有选择性的,保护稳健经营的企业,淘汰无序扩张的企业,促进形成良性的房地产市场。
图金融研究院研究员雒佑对《证券日报》记者表示,通过对优质房企释放流动性,不仅有助于帮助头部企业度过危机,也能通过头部房企的改善引导市场预期。
目前我国金融市场以银行体系为代表的间接融资模式主导,银行信贷是各类企业最重要的融资渠道之一。对房地产企业而言,开发贷是进行地产施工和投资的主要资金来源,房企信贷融资的重要性不言而喻。
记者了解到,由于当前大多为协议授信,具体授信情况还需要商业银行与房企根据情况进一步落实。雒佑表示,“在信贷投放方面,当前要集中解决和防范化解停工衍生的相关风险,帮助地产开发商摆脱资金困境,保证房地产行业‘活起来’,达到‘保项目+保优质主体’的目的。此外,在因城施策背景下,后续在项目及主体上配合政府及地方继续提供更多的金融和信贷支持,比如提高对房地产商信贷敞口的容忍度,提供更多的资金保障。”
在明明看来,后续银行在投放信贷前应对企业的财务、经营状况进行深入、细致的调查,降低违约风险。同时,银行也应该对信贷资金的使用进行约束,结合房企的实际情况进行有针对性的支持,确保资金流向最紧缺的薄弱环节以及重点项目,防止资金滥用。
中指研究院企业研究总监刘水表示,2022年前三季度,房地产新增贷款占各项新增贷款比例仅为4.7%,而2021年同期是18.1%,房地产新增贷款增速明显低于各项贷款增速水平。2023年,金融机构继续落实“金融十六条”,改善优质头部房企资产负债状况,随着银行授信的落地,房地产贷款投放将明显提速。此外,优质头部房企在发债及股权融资等方面,也将继续得到支持。
明明预计,今年个人住房贷款和房地产开发贷款都将比2022年小幅扩张。个人住房贷款方面,一是商品房销售增速将在2023年逐步回正,全年有望实现正增长,二是房贷的早偿现象可能会较2022年有一定缓解。这两个因素的变化将使今年个人住房贷款规模趋于增长。房地产开发贷款作为稳定房地产市场融资环境的“第一支箭”,2022年下半年已经开始逐渐发挥作用,预计2023年将对房地产企业提供更大的支持,满足行业合理融资需求,确保房地产市场平稳健康发展。
“2023年房地产销售和投资有望见底回稳,对GDP增长的贡献也有望由负转正。”雒佑表示,接下来中央及地方政府在满足购房者刚性和改善性住房需求方面或将进一步发力,在地产转型方面则持续推进城市更新和老旧改造、保障性租赁住房市场、地产代建等新发展模式,这些都需要大规模的资金投放。可以说地产投资已经迎来政策“应出尽出”阶段,2023年也会成为拉动国内投资的主要动力。
(文图:赵筱尘 巫邓炎)