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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）

巨头遇挫 热潮退去 元宇宙发展何去何从******

　　2022年，是元宇宙在互联网语境里祛魅的一年，以Meta、微软为代表的头部公司在元宇宙发展方面纷纷陷入困境。站在科技时代的拐点处，元宇宙这场变革究竟能否成为下一代互联网和新一轮技术创新的聚变因子，是所有入局者一直在探索的问题。面临颇显尴尬的境地，元宇宙将何去何从，还有哪些技术需要突破、哪些设备体验亟待提高、哪些应用场景有待开拓？本期聚焦元宇宙。

　　发展受阻 元宇宙发展步入低潮

　　1992年，尼尔·斯蒂芬森所著的科幻小说《雪崩》中，第一次呈现了一个超现实主义的数字空间，这个概念被称为元宇宙。被地理空间所阻隔的人们能够通过各自的虚拟化身相互交往，让数字化成为自己生命的一部分。

　　近年来，苹果、Meta、微软、英伟达、百度、腾讯、网易等全球科技企业纷纷布局元宇宙。入局者认为，元宇宙是一场颠覆性的变革，一个可能成为下一代互联网、下一代移动互联网的聚变因子。而不少旁观者认为，这不过是一个转瞬即逝的新概念。

　　如今，元宇宙的发展陷入了泥潭，在2021年末Facebook更名为Meta后，扎克伯格曾多次表示该公司将“All in元宇宙”，但据公司发布的财报数据显示，该公司专注于包括虚拟现实、增强现实和社交平台三类元宇宙项目开发的Reality Labs部门，2022年前三季度的总运营亏损额达到了94亿美元，高于2021年的69亿美元。自2019年以来，该部门的总运营亏损已经超过300亿美元。

　　从国内来看，玩家也在纷纷撤退，字节关停元宇宙社交APP“派对岛”，腾讯数藏平台“幻核”被裁撤，TME数字藏品业务也被叫停。与之相关的虚拟人和数字人则更多地应用为营销手段，NFC数字藏品则在短暂火热了几个月后，因其在合规方面的不成熟而黯然失色。分析公司CCS Insight的数据显示，2022年全球VR头显和增强现实设备的出货量将同比下降12%以上，至960万部，预计2023年是增长缓慢的一年。究其原因，眩晕为其一，应用单一、刚需替代性弱的问题则更为突出。

　　XR是目前发展较快的方向。XR设备主要应用在游戏场景中，能够真正落地在硬件设备中，它既能够使用元宇宙的概念，也能够避免陷入尴尬境地，因而其也被视为“极有可能成为智能手机的接班人”。但XR也已暴露出问题。没有爆款应用，用户将其当作玩具“尝鲜”后就舍弃，也成为XR前进路上的“绊脚石”。显然，XR世界所缺乏的，是“杀手级”的应用。

　　在工业方面，工业元宇宙成为热词的同时，实质成果仍在探索中。目前国内多个地市推出工业元宇宙发展规划，加快打造工业数字孪生生态，培育一批元宇宙﹢工业互联网场景，有国内企业已经推进智能化软硬件产品在智慧矿山和智慧港口领域的落地。工业元宇宙的发展需要强大的算力、网络等基础技术作为底座，同时，芯片、传感器、光学镜头、VR/AR设备等硬件设备的支撑也至关重要。目前国内在工业元宇宙的数字基础设施建设方面仍处于摸索阶段。

　　从科技发展路径来看，元宇宙虽描绘了一种“可行的未来”，但距离《雪崩》《头号玩家》中的理想形态还极为遥远。长期研究此领域的专家马修·鲍尔表示，元宇宙的前提是互联互通，即在不同自治系统之间交换数据，这涉及数万亿美元的风险和数十亿美元的建设投资，很多人对互联互通持怀疑态度。因为这需要Meta、微软、苹果、谷歌等公司“不得不”选择自由交换数据和用户，并采用竞争对手的技术或系统，从目前来看，实现难度很大，这可能让元宇宙的发展陷入瓶颈。

　　在浙江大学国际联合商学院数字经济与金融创新研究中心联席主任、研究员盘和林看来，当前普及元宇宙的方向有三个，金融端以区块链技术为核心的数字资产产权化；工业端以数字孪生、MR为核心的精细化、高效化生产；消费端以VR为核心的游戏产业。同时，元宇宙医疗健康、文旅也是当前市场中已现雏形的热点。

　　Meta热潮退去，业界人士又将目光转向另一个巨头。据报道，苹果正在打造一款具有AR功能的头显，最快将于2023年发布。多位分析师和业界人士十分看好苹果此次推出的新产品，有分析师认为，凭借苹果强大的粉丝黏性，该款设备很可能一夜之间改变市场，从Meta手中接过接力棒，扛起VR市场的大旗。苹果会成为挽救元宇宙市场的关键所在吗？时间会给出答案。

　　运营商发力 元宇宙发展能否迎来转机？

　　福建移动在厦门集美区打造省内首个“5G﹢AR党史馆”，应用5G、VR/AR、人工智能等新一代信息技术，让党史学习教育更加生动鲜活。

　　随着全球科技企业纷纷布局元宇宙，我国各大运营商也勇立潮头，在科技前沿探寻着元宇宙的新风口。关于元宇宙应用的预测，入局者始终抱有乐观的态度。无论是在社会公共服务领域，还是商用化和变现能力，元宇宙都蕴藏着巨大的能量。而竞逐元宇宙的赛道，注定是一场持续性的“马拉松”。运营商又将如何依托自身的独特优势，在这场长跑中取得佳绩，是大家一直关注的焦点。

　　自2021年起，我国三大运营商就陆续入局元宇宙。2021年11月，中国电信5G创新应用合作论坛举办，论坛聚焦新国脉元宇宙战略布局，以元宇宙新型基础设施建设者为定位，立足创新应用成果，启动了2022年盘古计划。当月举办的中国移动全球合作伙伴大会上，中国移动咪咕公司分享了元宇宙的MIGU演进路线图，拟以算力网络为依托，以游戏、社交、虚拟偶像等为载体，迅速切入元宇宙赛道。2022年12月21日，在2022年中国联通合作伙伴大会数智生活论坛上，中国联通发布了元宇宙战略，成立了元宇宙创新产业联盟。

　　“元宇宙时代运营商战略能力地图核心是要为元宇宙构建超级局域云网服务。”北京邮电大学经管学院兼职教授葛颀认为，“电信运营商能够和G端政府、B端用户及C端消费者共同打造由数字化生活、数字化运营与数字化治理共同组成的数字化新时代，共同构建元宇宙的新主场。”

　　在具体实践中，运营商也凭借独特优势，在元宇宙领域加速战略布局，尽显各自本领。和力传播集团策划总监高承远表示，在元宇宙业务方面，三大运营商优势各不相同。电信最大的优势是宽带，移动最大的优势是用户，而联通最大的优势是融合业务和灵活性。

　　在近日举办的2022天翼数字科技生态大会上，中国电信国脉文化打造的首位虚拟数字主持人——霄逸精彩亮相大会并参与主持。作为中国电信旗下公司，国脉文化担负着中国电信元宇宙发展“主力军”的重任。在元宇宙浪潮之下，国脉文化充分发挥中国电信云网融合优势，打磨产品、拓展市场、发展用户并塑造价值。同时运用5G、人工智能、区块链、大数据等核心技术，构筑元宇宙基础设施，丰富应用矩阵，不断开拓渠道、平台、终端、内容、资本五大合作领域，共创元宇宙生态繁荣。

　　中国移动的元宇宙业务主要由旗下的咪咕公司运营。2021年9月7日，咪咕公司首次开始申请元宇宙数智潮人、元宇宙数字潮人、元宇宙数字艺人等商标。北京社科院研究员王鹏表示：“中国移动多年在移动社交、移动媒体、短视频领域有所耕耘，以咪咕为抓手，积累了大量的粉丝和优质内容。”当前，中国移动也正加速布局元宇宙核心领域和关键环节，卡位新的产业层级和关键枢纽。

　　中国联通依托算网构建网络、算力、AI、数据、数字身份、3D、XR七大引擎元宇宙底座，围绕元宇宙应用形态、通信元宇宙、数字文化元宇宙、互联网元宇宙、垂直行业元宇宙等推出一系列产品服务，并提供全行业全场景覆盖的标准化产品与制定化服务。《中国联通元宇宙科技创新及产业应用白皮书》中指出，运营商拥有连接、传输、算力、市场、生态等领先优势，将成为元宇宙探索的中坚力量。

　　在元宇宙的赛道上，算力正成为未来元宇宙之争的重要力量，“技术底座”也成为运营商关注的关键词。基于在信息通信领域的技术优势和资源布局，运营商在5G、大数据、算力网络、AI、云计算及边缘计算等方面的优势更为明显，在元宇宙基础设施建设领域拥有更多可持续拓展的空间。从长线来说，时间、资金、能力、实力、技术、人才等条件也是运营商所特有的要素，为其竞逐赛道注入了持续的动能。

　　运营商入局后，究竟能否为这场元宇宙“马拉松”带来新的机遇，还有待时间去验证。但运营商对于元宇宙的探索已逐渐深入社交、游戏、电影、音乐、虚拟人等多个领域。期待在不远的未来，我们能够看到更多超乎想象的元宇宙创新应用成果。

　　产业亟待突破元宇宙将去向何处？

　　与众多所谓的风口不同，元宇宙概念爆发至今，尽管吸引了各个领域的玩家接连入局，但实质成果却寥寥无几。这在很大程度上归因于元宇宙概念背后极大的不确定性，毕竟其仅仅是脱胎于科幻小说，凝结着大众想象的产物，同过去有实体支撑或立足于商业逻辑的风口完全不同。

　　Meta方面曾透露，预计Reality Labs 2023年的运营亏损同比大幅增长。元宇宙投资预计需要10年时间才能取得成果。电信业分析师付亮认为：“在移动互联网时代，Meta始终占据着主导地位，如果转换到元宇宙赛道后，没有形成足够大的用户规模作为支撑，在资本市场看来，这可能是一项负资产。”

　　“在考虑任何新技术的发展时，应分三步思考。第一步是新技术何时可用；第二步是使用该技术的一代人何时长大；第三步则是使用该技术的一代人何时成为企业家。”元宇宙领域专家马修·鲍尔表示，“乐观地看，元宇宙的爆发可能在未来3~4年内发生。因为伴随着iPad、Roblox等3D社交网络成长起来的一代人将开始创建伟大的新公司。而今时今日的元宇宙产品和平台还是由不属于元宇宙时代的人所创建的。”

　　中国或许会成为元宇宙发展的热土。马修·鲍尔认为，中国发展元宇宙的核心优势在于5G、AI、机器语言以及半导体、CPU、GPU制造专业知识和生产能力。更重要的是，中国在互联互通上有根本性优势。据《2022年全球元宇宙投融资报告》，2022年全球元宇宙产业共发生704笔融资，总金额达868.67亿元，其中元宇宙行业应用、底层技术和游戏占主要方面。中国（包括港澳台）完成融资125起，融资总额为127.82亿元，并且诞生了4只行业“独角兽”。

　　如今，我国不断为元宇宙发展提供支持，2022年政策端的引导和扶持给国内元宇宙发展注入了新动力。2022年11月，工信部等五部门印发《虚拟现实与行业应用融合发展行动计划（2022—2026年）》，该计划提出，到2026年，我国虚拟现实产业总体规模（含相关硬件、软件、应用等）超过3500亿元，虚拟现实终端销量超过2500万台，培育100家具有较强创新能力和行业影响力的骨干企业，打造10个具有区域影响力、引领虚拟现实生态发展的集聚区，建成10个产业公共服务平台。与此同时，上海、浙江、河南等诸多省市接连出台元宇宙产业发展规划，表示将在教育、医疗、文娱等多行业推出标杆产品，打造创新示范场景，建立元宇宙产业园等。

　　方正证券互联网传媒首席分析师杨晓峰表示，这体现了政策面对虚拟现实技术重要性的充分肯定，有利于行业明确发展目标和路径，行业有望在政策加持下迎来增长拐点。

　　华泰证券研报表示，早期的硬件设备受制于应用场景和内容单一化、用户对硬件设备的体验不完善等缺陷，初代VR/AR并未实现大规模增长。随着元宇宙应用场景的清晰化，未来VR/AR/脑机接口的发展方向逐渐明确，游戏、电商、协同办公、社交、健身、医疗、视频和模拟训练（教育）等元宇宙应用场景正逐渐清晰。

　　业内专家认为，B端市场可能是元宇宙硬件发展的下一突破口，近年来元宇宙中的数字孪生在工业、农业等基础建设和民生行业的应用加速落地，以低碳节能的手段实现效能提升。例如，部分农业企业通过传感器收集土壤、作物状况以及天气情况，进而以数字孪生技术为种植者提供数字分析和规划工具。

　　“随着现在很多企业积极地投身于元宇宙，元宇宙正在度过一个期望膨胀的顶峰阶段。现在有一些做元宇宙的企业已经开始裁员了，但是这并不影响元宇宙为我们带来的巨大的前景，这个‘智能时空’打通了物理世界、数字世界、人脑世界，让整个人类世界看到一个新的边界，这个边界就像我们现在理解的现实中的宇宙一样，没有边界。”中国信通院工业互联网与物联网研究所所长金键表示。

　　元宇宙的发展离不开应用场景，目前，游戏、社交和工业成为三大重点领域。金键认为，不同于游戏对虚拟体验的延续和社交方式的不断探索，工业场景对元宇宙的期待相对明确且固定，以解决问题为主要目标的元宇宙工业应用将最先产生实际价值。（刘彤刘亚廷 杨子怡）

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）