彩云网官方网站-ISO/安卓/推荐(2023已更新)

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）

网课如何持续助力教与学******

　　有序恢复线下教学活动后

网课如何持续助力教与学

光明日报记者 姚晓丹

　　1月6日，在北京新型冠状病毒感染疫情防控第433场新闻发布会上，北京市委教育工委副书记、北京市教委新闻发言人李奕介绍了近期起草的《北京市学校新型冠状病毒感染防控工作方案》，方案提出非疫情流行时，学校、幼儿园开展正常的线下教学活动。

　　而随着期末的临近，全国多地高三、初三年级已经有序恢复线下教学活动，教育部近日印发的《学校新型冠状病毒感染防控工作方案》也明确提出，无疫情学校要开展正常线下教学。

　　从2020年初的“停课不停学”开始，线上教育已伴随师生三年，进行了“全世界规模最大的线上教育实验”，在反复实验与磨合中，在线教育将从“应急之举”走向长远之计。

　　北京市东城区某校初中二年级教师张宇还记得，2003年非典肆虐的时刻，他作为教师代表为停课的学生录制“电化教学视频”，方便学生在电视上收看。今天，将近20年过去了，信息化早已如影随形，成为学习的必备工具。但张宇觉得，在反复磨合中，学习的双方依然没有完全适应在线教育所带来的改变。未来，随着我国疫情防控进入新阶段，线上教育如何优化调整，更好地融入日常，在教学工作中发挥更大作用？

2021年10月，宁夏银川市兴庆区第四小学教师通过线上平台为学生上课。新华社发

　　三年磨合，仍有一些师生感到不适应

　　记者随机采访了一些学生和家长，对于线上教学，不少人仍说感到不适应。

　　学期结束，北京市东城区学生家长方林因为孩子的成绩未达到预期，不太开心。方林告诉记者，他的情绪来自女儿的变化。线上教学开始后，他带着妻子和两个女儿回到密云老家生活。“推开门就是山，自然风光美不胜收，我本意是‘耕读传家’，孩子闲暇时可以适当劳动锻炼，谁知道孩子只剩‘读’了，根本没时间‘耕’。”方林说，“大女儿上初中二年级，每天7点准时要坐在书房的电脑桌前，一坐就是一天，吃饭都要我们做好了送到书房。每天早上7点打开摄像头点名，只有中午能休息一会儿，下午接着上课，晚上还有自习。这样一天十几个小时下来，我觉得学生、老师、家长三方都非常疲惫，但是学的知识却掌握不牢，为什么设备先进了，学习却更难了？”

　　手续烦琐，是家长们反映的第二个难题。从2020年启动线上教学开始，北京市朝阳区小学三年级学生家长王先生已陆续添置了打印机、平板电脑、直播云台等。

　　王先生告诉记者，自从孩子上网课之后，“打卡”的各项任务都落在了自己身上。“老师在群里发完学习资料后，打印、督促预习、完成作业都是家长的任务。比如体育，老师让我们用一个软件打卡做广播体操，但是那个软件只能对着一个角度拍，一旦不小心动了一下，就只能重新开始，为此，我给孩子买了个直播时用的‘云台’设备保持稳定。再比如体育课要学的‘旭日东升’武术操，体育老师只能远程介绍要点。孩子想要练得标准，需要家长一点点指导，耗费不少时间。美术的画画作业，音乐的唱歌视频都需要家长掌握相关知识，现在当家长太难了，所有课程都要消化吸收。”

　　“碎片化”“知识掌握不牢”是北京市西城区小学二年级家长李云（化名）的直观感受。“老师们都很负责，但是直播课如果家长不在身边，孩子自己学的效果就会打折扣。后来老师也发现了这个问题，开始利用做好的短视频教学，这样家长可以在工作之余带着孩子一起看短视频，知识就掌握得牢固一些。”李云说。

　　但是，慢慢地，她发现孩子只会做题，不知道基本步骤。“比如语文课的生字，孩子会写，但是笔顺不对。数学题孩子会做，但是讲不出来。我觉得这是知识过于碎片化的原因，老师批改完作业会告诉家长，让家长指导修改，家长放下手头的工作，把正在玩的孩子叫到身边改作业，孩子改完了，家长再拍照上传，这个过程往往需要两到三次。我觉得，这样的教学方式，孩子只能记住答案。”

2022年11月22日，江西鹰潭市高新区第十二小学学生在上音乐体验课。曾志凡摄/光明图片

　　线上教学宜“放养”不宜“圈养”

　　记者在采访中发现，即使家长们有着各种各样的吐槽，但还是有一些家长发现，孩子确实在线上学习中提高了学习效率。

　　北京市西城区小学五年级学生黎麒的妈妈发现，自己孩子做作业的效率、成绩都有明显提高。她认为，最大的功臣是黎麒的老师。“线上教学绝对要比线下付出更多的耐心，我们的老师在课堂上很认真负责，课堂提问关注到每一个学生，基本上每人都有回答问题的机会，所以课堂秩序很好，孩子走神的情况很少。而且，每次小测验，她不仅给出成绩，还会给我们出一份比较详细的报告，包括哪些知识点掌握得比较薄弱等等。”

　　北京师范大学附属实验中学教师于晓冰讲授初三语文课，他告诉记者，在他的课堂上，很少要求学生打开摄像头。“我从初中一年级开始，就告诉同学们，学习是自己的事，要为自己负责。而且我反对只关注成绩，育人比提分重要。在家里学习，家长已经很焦虑了，如果老师再有焦虑情绪，家校之间就容易产生矛盾，这样的后果是，家长和老师一起‘鸡娃’。千万不要形成家长和老师一起‘对付’孩子的结果。”

　　经过课堂提问、测验等，于晓冰发现，孩子们的学习效率呈稳步上升的趋势，他觉得，线上“放养”比“圈养”更易提高效率。

　　北京市东城区小学四年级学生家长刘瑜也渐渐摸索出上网课的诀窍。她发现，老师每次上课都要先播放教学视频，先总结一节课的知识点。“这和线下上课是一样的，在学校的家长日时，我听过老师的线下课，他们也是先播放教学视频。不同的是，线下课的教学视频之后，老师开始强调这节课的重点和难点。线上课的时候，这些重点老师用播放PPT表现。其实，孩子能不能掌握牢固，全在这些要点上。线下老师可以‘耳提面命’，线上我就先把PPT存起来，然后反复给孩子强调。这样和老师打好‘组合拳’，孩子的成绩就能提升上去。”

2022年1月5日晚，广西东兴中学一名老师在家为学生上网课。新华社发

　　提高自主学习能力是未来的努力方向

　　为何线上教育的“磨合期”比想象中要长？中关村学院学术委员会原负责人吕文清认为，这是由于老师和家长关注的评价体系不同。

　　缺少面对面的教学之后，老师关注到的是孩子的作业、成绩等成果数据，家长看到的却是孩子整体的成长和精神面貌。测量的标准也不尽相同，老师关注的是学生收集资料的能力、完成作业的能力、自主学习的能力等，家长关注的是孩子更为细节的变化，“所以，家校在此时就会产生一些矛盾”。吕文清说。

　　同时，吕文清认为，线上教学的支柱内容在于学生的“自主学习能力”。“如果自主学习能力得不到提升，上网课的效果肯定不如线下教学。”吕文清说，“学生自己要会学习，知道学什么、怎么学，老师则是提供资料、提供点拨的辅助者。”

　　“无论是线上还是线下，学习的目的是让孩子提高解决问题的能力，从而成为他们的一种素养和思维方式。但是解决问题的能力不仅是答题的能力、也不仅是写作业的能力。现阶段，不少教师没有分清两者的区别，也没有分清线上线下教学的异同，只是简单地利用自己的经验把线下教学搬到线上。”吕文清告诉记者。

　　吕文清认为，近年来，教育部把教师线上教学的技能纳入教师的基本技能中，混合教学成为常态，但是，仍然有一些问题困扰着中小学教师。

　　在线下，学生即使学习程度不同，老师面对面授课的时候可以查漏补缺。“但是在线上，孩子们家庭环境不同，对课程理解程度不同，对资料的掌握程度不同，至少需要多准备40%以上的个性化内容，这部分内容老师有没有把握住，考验着授课质量。”吕文清说。

　　同时，他认为，教师备课的整体资源的个性化程度也亟待提升。“这些资源应该是研究者和研究型教师提供，而不是海量的教学资源让教师自主选择。比如优质教学资源的认定上，最棒的中小学授课视频并不是所有的教师都能拿来就用，那些教学视频都是只针对本校学生的，如何个性化定制？有的教师只能用教学视频的引子部分，但是他们无法把视频重新剪辑、组合、制作，这就无法获得真正适切的资源。”吕文清告诉记者。

　　中国教育科学研究院研究员储朝晖认为，线上教学更需要关注学生动手实践能力的培养和自主学习能力的提升。“从近两年中高考成绩就能看出，如果学生自主学习能力足够强，他们在线上学习的效率能够优于线下。因为他们在自主研究中能随时得到启发和引导，这正是我们未来努力的方向。”

　　《光明日报》（ 2023年01月10日 07版）

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）