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)
整治商品过度包装等问题 市监总局公布典型案例******
中新网1月18日电 据“市说新语”微信公众号18日消息,春节临近,为营造良好的节日消费环境,进一步规范生产经营行为,引导弘扬简约绿色的消费风尚,防范商品过度包装问题反弹回潮,震慑打击蟹卡蟹券经营中存在的侵害消费者权益的违法行为,国家市场监督管理总局公布了第三批2022年市场监管部门整治商品过度包装、蟹卡蟹券等问题典型案例。
一、北京市市场监管局查处北京鸿伟隆鑫商贸有限公司发布违法广告案
2023年1月16日,北京市市场监管局依法对北京鸿伟隆鑫商贸有限公司发布虚假广告的行为作出行政处罚。
2022年9月28日,北京市市场监管综合执法总队配合市场监管总局执法稽查局对北京市蟹卡蟹券经营秩序开展突击检查。执法人员在对北京鸿伟隆鑫商贸有限公司现场检查时发现,该店经营区域摆放的20本“金秋蟹礼”的宣传画册中有“因为信赖·所以选择 3000+跨界合作”等介绍,该店无法提供与相关合作方的合作协议。经查,该店是“蟹祺汇”品牌大闸蟹的北京特约经销商,从事该品牌阳澄湖大闸蟹的销售和配送服务。为凸显品牌效应,吸引消费者关注,扩大销售市场,在经营场所展示自行设计的“金秋蟹礼”宣传画册,在没有实际根据的前提下,杜撰了“因为信赖·所以选择 3000+跨界合作”及部分合作客户信息等宣传内容。当事人的上述行为违反了《中华人民共和国广告法》第四条第一款、第二十八条第二款第(三)项的规定,北京市市场监管局依法对当事人作出行政处罚。
二、重庆市市场监管局纠正江津区久泰食品经营部未遵守限制商品过度包装强制性国家标准和《关于遏制“天价”月饼、促进行业健康发展的公告》行为
2022年9月6日,重庆市江津区市场监管局纠正江津区久泰食品经营部销售月饼与其他产品混装、月饼搭售其他商品违反限制商品过度包装强制性国家标准和《关于遏制“天价”月饼、促进行业健康发展的公告》行为。
经查,江津区久泰食品经营部2022年9月6日销售奶黄流心盒装月饼,净含量400克/盒,销售价格为每盒98元,标称生产商为肇庆市嘉信食品有限公司,生产日期为2022年8月29日。当事人将以上部分盒装月饼与水果礼盒搭配销售,违反《公告》“经营者销售盒装月饼,不得以任何形式搭售其他商品;也不得以礼盒等形式将月饼同其他产品混合销售”的要求。同时,当事人还将以上部分盒装月饼与水果混装,制作成新的月饼礼盒进行销售,礼盒内含有月饼和多种水果制品,不符合GB23350-2021《限制商品过度包装要求 食品和化妆品》国家标准“月饼不应与其他产品混装”的规定要求,违反了《固体废物污染环境防治法》禁止过度包装的规定,构成了未遵守限制商品过度包装强制性标准的行为。2022年9月6日,重庆市江津区市场监管局根据《公告》,对当事人将月饼搭售其他产品行为进行行政指导,责令其改正违反《公告》的销售行为。依据《固体废物污染环境防治法》第一百零五条规定,责令当事人立即改正月饼与其他产品混装的行为。经复查,当事人已于9月6日全部下架相关礼盒,并将盒装月饼与水果礼盒搭配销售的宣传删除。
三、浙江省绍兴市市场监管局纠正绍兴市柯桥区柯桥清韵食品店未遵守限制商品过度包装强制性国家标准行为
2022年8月31日,浙江省绍兴市柯桥区市场监管局纠正绍兴市柯桥区柯桥清韵食品店销售月饼与其他产品混装违反限制商品过度包装强制性国家标准行为。
经查,绍兴市柯桥区柯桥清韵食品店2022年8月31日销售规格名称为“相逢时节”的月饼礼盒,礼盒上层为6枚月饼,下层为2罐茶叶,生产日期为2022年8月30日,标示销售价格为398元/盒。当事人购买月饼、茶叶及包装盒,自行制作包装成礼盒并对外销售,不符合GB23350-2021《限制商品过度包装要求 食品和化妆品》国家标准第1号修改单“月饼不应与其他产品混装”的规定。当事人的上述行为违反了《固体废物污染环境防治法》禁止过度包装的规定,构成了未遵守限制商品过度包装强制性标准的行为。8月31日,绍兴市柯桥区市场监管局依据《固体废物污染环境防治法》第一百零五条规定,责令当事人立即改正。经9月2日复查,以上月饼礼盒套餐已下架。
四、浙江省温州市市场监管局纠正乐清市良兄食品有限公司未遵守限制商品过度包装强制性国家标准行为
2022年8月31日,浙江省乐清市市场监管局纠正乐清市良兄食品有限公司生产销售月饼包装成本违反限制商品过度包装强制性国家标准行为。
经查,乐清市良兄食品有限公司2022年8月28日生产销售24套月饼礼盒,采购礼盒包装成本为25元/个,根据装入的月饼不同,最终销售价格从80元到150元不等。销售价格80-100元的月饼,包装成本占销售价25%到31.25%之间,销售价格100-150元的月饼,包装成本占销售价16.67%到25%之间,不符合GB23350-2021《限制商品过度包装要求 食品和化妆品》国家标准第1号修改单“……除直接与内装物接触的包装之外所有包装的成本不超过产品销售价格的20%。销售价格在100元以上的月饼……所有包装成本不超过销售价格的15%”的规定要求。当事人的上述行为违反了《固体废物污染环境防治法》禁止过度包装的规定,构成了未遵守限制商品过度包装强制性标准的行为。8月31日,乐清市市场监管局依据《固体废物污染环境防治法》第一百零五条规定,责令当事人立即改正,当事人当场将上述月饼作下架处理。经9月5日复查,上述月饼礼盒已下架。
五、山东省泰安市市场监管局纠正泰安东尊华美达大酒店未遵守限制商品过度包装强制性国家标准行为
2022年8月26日,山东省泰安市市场监管局纠正泰安东尊华美达大酒店销售月饼包装空隙率违反限制商品过度包装强制性国家标准行为。
经查,泰安东尊华美达大酒店2022年8月26日销售规格名称为“合家欢月”的礼盒月饼,净含量600克/盒,销售价格268元/盒 ,生产日期为2022年8月10日。经现场抽样检测,并经当事人确认,该规格月饼包装空隙率为55%,不符合GB23350-2009《限制商品过度包装要求 食品和化妆品》国家标准关于月饼包装空隙率的规定要求。当事人的上述行为违反了《固体废物污染环境防治法》禁止过度包装的规定,构成了未遵守限制商品过度包装强制性标准的行为。2022年8月26日,泰安市市场监管局依据《固体废物污染环境防治法》第一百零五条规定,责令当事人立即改正。经复查,当事人已改正经营过度包装商品的行为。
六、山东省济南市市场监管局纠正金燕庄餐饮管理(深圳)有限公司济南万象城分店未遵守限制商品过度包装强制性国家标准行为
2022年8月23日,山东省济南市市场监管局纠正金燕庄餐饮管理(深圳)有限公司济南万象城分店销售月饼包装空隙率违反限制商品过度包装强制性国家标准行为。
经查,金燕庄餐饮管理(深圳)有限公司济南万象城分店2022年8月18日销售的规格名称为“至尊燕窝月饼”的月饼礼盒,销售价格538元,标称生产商乐迪嘉食品(深圳)有限公司。经济南市计量检定测试院检验,上述月饼的包装空隙率为67%,不符合GB 23350-2009《限制商品过度包装要求 食品和化妆品》国家标准关于月饼包装空隙率的规定要求。当事人上述行为违反了《固体废物污染环境防治法》禁止商品过度包装的规定,构成了生产经营者未遵守限制商品过度包装的强制性标准的行为。2022年8月23日,济南市市场监管局依据《固体废物污染环境防治法》第一百零五条规定,责令当事人立即改正。经9月8日复查,当事人已对存在过度包装问题的月饼作下架处理。
七、北京市市场监管局查处北京诺诚盛业餐饮管理有限公司发布违法广告案
2022年4月22日,北京市市场监管局依法对北京诺诚盛业餐饮管理有限公司发布违背社会良好风尚广告行为作出行政处罚。
在前期北京市市场监管局开展的集中整治“蟹卡蟹券”问题专项工作中,北京市市场监管局发现北京诺诚盛业餐饮管理有限公司在其官方网站售卖大闸蟹礼品卡和大闸蟹礼盒,在其宣传页面显著位置存有广告内容“送领导”字样。北京市市场监管局依法对当事人进行立案调查。经查,该广告内容为当事人自行设计制作、发布。当事人的上述行为违反了《中华人民共和国广告法》第九条第(七)项的规定,北京市市场监管局依法对当事人作出行政处罚。
八、江苏省苏州市相城区市场监管局查处苏州阳澄湖蟹赢天下生态水产有限公司侵害消费者权益案
2022年3月23日,江苏省苏州市相城区市场监管局依法对苏州阳澄湖蟹赢天下生态水产有限公司侵害消费者权益的行为作出行政处罚。
在前期相城区市场监管局开展的大闸蟹市场专项整治工作中,相城区市场监管局对当事人网店进行了抽查。在公证处的公证下,抽查购买了当事人在网店销售的“阳澄联合大闸蟹提货礼券”1张,价格618元。礼券显示规格:“公5.5两、母4两,数量:4公4母,共8只”。兑换后称重结果公蟹平均约4.08两、母蟹平均约2.77两。之后,在公证处的公证下,相城区市场监管局又抽查购买了当事人在网店销售的“阳澄联合特大8只现货大闸蟹鲜活螃蟹礼盒”1盒,价格458元。网页标称规格:“公蟹5.3两、母蟹3.8两,共4对,共8只”,兑换后称重结果公蟹平均约4.74两、母蟹平均约3.59两。根据当事人网页宣传的7%失水率计算,两次抽检结果中大部分螃蟹均未达到其宣称的重量,存在缺斤短两行为。当事人的行为违反了《江苏省消费者权益保护条例》第二十四条的规定,因当事人曾两次因同类违法行为被行政处罚,综合上述因素,相城区市场监管局依法对当事人从重处罚。(中新财经)
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