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）
美国毒品和药物滥用问题“死结”难解（深度观察）******
核心阅读
美国毒品和药物滥用问题日趋复杂。在利益集团游说下，大麻在美合法化程度逐渐加深，滥用药物现象有增无减，越来越多美国青少年吸食大麻成瘾。美国媒体认为，毒品和药物滥用已经深入美国社会肌理，是社会深层问题的反映。
毒品和药物滥用已经成为美国最严重的公共卫生危机之一。美国药物滥用与心理健康服务局的一份调查显示，2020年有5930万12岁以上的美国人滥用毒品，其中4960万人吸食大麻。2021年，超过10.7万美国人死于吸毒过量。美国联邦和各州政府表面信誓旦旦要控制毒品和药物滥用，但在各路利益集团游说下，实际上对毒品和药物滥用极度纵容，甚至立法让大麻等合法化。美国媒体普遍认为，盘根错节的毒品和药物滥用问题折射出美国政府管控不力、禁毒效果不佳等诸多问题。
“芬太尼几乎渗透到非法毒品买卖每一个渠道”
美国司法部不久前发表声明说，2022年5月至9月，美国司法部缉毒署在全美各地缉获3600万剂致命剂量的芬太尼。2021年，超过10.7万美国人死于吸毒过量，其中66%的死亡归因于滥用芬太尼等合成阿片类药物。《华尔街日报》报道说，“芬太尼几乎渗透到非法毒品买卖每一个渠道，且毒性强”，受此影响，美国因吸毒死亡人数创历史新高。
扎克·多伊尔曾在俄亥俄州哥伦布市的玛丽哈文戒毒中心戒毒，他滥用阿片类药物已经20年了，近些年开始接触芬太尼，并两次吸食过量。他说：“我有20多个朋友已经死于芬太尼。”
哥伦布市一些社区充斥着阿片类药物。当地执法官员表示，哥伦布市中心以西有一个被称为“波顿”的社区，那里充斥着毒贩和“陷阱屋”，吸毒者可以随意购买和吸食毒品。在许多街道上，经常可以看到形容枯槁的吸毒者迟缓地走过用木板封住的店面和破旧的房屋。
47岁的谢莉·格拉斯纳普在“波顿”长大，30岁时开始服用镇痛药。最近几年芬太尼侵入了她居住的街区。格拉斯纳普不时购买各类掺入芬太尼的新型毒品，“我知道这些药丸可能被芬太尼污染了，但我还得服用，我需要更强效的药丸。”格拉斯纳普说，她的姐姐已经在2018年死于吸食毒品过量。
27岁的谢拉·格兰博坦言，自己18岁时开始服用止痛药和镇静剂，后来吸食海洛因。以前她在电视上看到芬太尼如何致死的报道并试图远离这种毒品，直到2018年，芬太尼成为她所在地区能够找到的唯一毒品，“芬太尼的毒瘾发展得比海洛因更快，我每天都需要吸食大约80美元的芬太尼，之前每天购买海洛因的费用是20美元”。为了购买毒品，格兰博有时会铤而走险去偷窃，后来被送入当地戒毒中心治疗。
俄亥俄州的毒品情报官员肖恩·贝恩说：“芬太尼改变了一切，它已经充斥了市场。”
“美政府对大麻产业的监管不力令人感到震惊”
大麻具有成瘾性，是联合国禁毒公约中被管制的麻醉药品。上世纪70年代，美国颁布《管控药物法》，大麻被列为联邦一级管控物质。但随着医用及非医用大麻在美国多州陆续放开，推进大麻合法化悄然兴起，越来越多青少年成为受害者。
美国国立卫生研究院2022年8月发布的一份报告显示，2021年，美国年轻人对大麻和致幻剂的使用达到历史最高水平。该研究院收集了2021年4月至10月的调查数据，结果显示，此前的一年内吸食过大麻的年轻人比例达43%，11%的年轻人每天吸食大麻，较以往呈明显上升。滥用致幻剂的数据同样触目惊心，8%的美国年轻人在调查日期的过去一年内使用过致幻剂，而2011年这一数据仅为3%。
美国民众越发担心，一些年轻人正日益养成吸食大麻这一危害性极强的恶习。美国疾病控制和预防中心网站的公开信息显示，近四成美国高中生长期使用大麻。有研究显示，美国使用大麻的年轻人比同龄人更可能从高中或大学辍学。
英国《每日邮报》网站不久前报道说，在美国加利福尼亚州、纽约州和马萨诸塞州等大麻合法化地区，大麻使用量激增，“当大麻出现在商店货架上时，年轻人使用大麻出现爆炸式增长”。该报强调：“如今美国的大麻销售额已达300亿美元，美政府对大麻产业的监管不力令人感到震惊。”
在美国，当局禁止酒精与烟草公司向年轻人出售其产品，而大麻商家却使用卡通封面包装大麻进行售卖，以吸引年轻人。研究发现，在大麻合法化的州，青少年使用比大麻更强效毒品的频率更高了。
美国一名业内人士透露，美国大麻行业不断壮大，近年来游说联邦政府的力度也在加大。美国网站“公开的秘密”数据显示，2018年至2021年，美国一些大麻及制品相关企业、行业协会等花在政治游说上的钱累计达1540多万美元，近3年年均花费是2016年的10倍。业内人士预计，美国大麻市场在2030年将达到650亿美元。
“折射出美政府社会治理的失败”
美国卫生与公众服务部前副部长、哈佛大学陈曾熙公共卫生学院教授高京柱表示，当前美国毒品和药物滥用是最具破坏性的公共卫生灾难之一。除造成沉重的公共卫生负担外，还将导致数百万人无家可归、失业、逃学、家庭破裂等。新冠疫情掩盖了这一危机，也放大了这一危机。这场危机似乎没有得到遏制，急需紧急、统一、全面的应对措施。“这场危机是美政府多系统（对毒品和药物滥用）监管失败的反映。”高京柱说。
曾任白宫国家禁毒政策办公室主任的迈克尔·博蒂切利表示，越来越多致命毒品进入市场，毒品和药物滥用问题越来越严重，毒品吸食过量的情况以及给社会带来的灾难令人心碎。“在担任白宫国家禁毒政策办公室主任期间，我目睹了既不基于科学也不基于证据的毒品和药物滥用管制政策的后果”，目前美国针对毒品和药物滥用问题的管制工作“做得很少”。
美国智库曼哈顿政策研究所不久前刊文指出，近年来，死于毒品和药物滥用的美国人急剧增加，每年超过10万人。美国政府的决策者们必须集中精力限制芬太尼等非法阿片类药物的数量，以更好地保护公众健康。不幸的是，在美政府发布的国家毒品管制战略中，几乎看不到政府在抗击这场最大公共卫生挑战之一时本应展现的重要作用。放任毒品和药物滥用愈演愈烈，“折射出美政府社会治理的失败”。
专家指出，利益集团是美国毒品和药物滥用问题“死结”难解的重要原因。美国政府的不作为与高昂的利润以及政治献金等有着千丝万缕的关系。高京柱表示，阿片类药物制造商对政客的捐赠持续影响着政府决策。离开美国司法部缉毒署等政府监管机构的官员经常加入制药企业，政商勾结的“旋转门”问题导致毒品问题的解决陷入死循环。
（本报华盛顿1月5日电 李志伟）
