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）

C罗体脂率仅7%？别再边吃烧烤边看世界杯了！******

　　最近，艺人刘畊宏在一次采访中

　　提到C罗与自己的体脂率差不多

　　正值2022届世界杯期间

　　这一消息冲上热搜

　　不少网友表示

　　不太了解体脂率这个概念

　　减肥时往往只在乎体重

　　那么，体脂率到底是什么？

　　减肥和体脂率有什么关系？

　　你和C罗的体脂差多少？

　　体脂率，顾名思义，指的是人体内脂肪重量在人体总体重中所占的比例，又称体脂百分数。此前有媒体报道，C罗的体脂率仅为7%，职业足球运动员的体脂率一般在10%-11%之间。

　　图源：百度百科

　　一般男性的体脂如果在15%-18%之间，女性的体脂在25%-28%之间，可以被认为是正常的。如果男性超过20%，而女性超过30%则通常会被列入肥胖人群。但若体脂率过低，低于体脂含量的安全下限，即男性5%，女性13%~15%，则可能引起功能失调。

　　其实，C罗的体脂率很低，是由于他的体质非常特殊，再加之保持长时间非常严苛的训练、饮食方法造就的，这对于普通人来说并不可取。脂肪具有御寒功能，很多体脂低的运动员在比赛之后如果不采取保暖措施，也会容易生病。一般人如果体脂在10%以下的话，那可能会引起很多问题，所以我们的肥肉也不是毫无用处！

　　图源：网络

　　当我们在减肥的时候我们在减什么？

　　你是不是也周期性地喊着要减肥？

　　你是不是恨不得一天称八百次体重？

　　图源：网络

　　目前有一部分人群对于减肥有一个很大的误区，很多人在减肥期间被体重秤上的数字“绑架”，每天纠结于体重的浮动，严重影响情绪导致难以长期坚持。

　　还有很多人每天都在锻炼，但体重却并没有减下来，甚至还有所增加。

　　这其实是由两种原因造成的：有一种人平时没有锻炼的习惯，突然加以高强度的运动，肌肉会产生一种急性反应导致肌肉的增多。这种体重的增加是暂时的，如果在一段时间内停止锻炼的话，体重反而会有所下降。而更多的人则是因为管不住嘴，很多人会在进行健身之后，“犒劳”自己一下，几个小时的努力不足以“抵消”一顿大餐所摄入的油脂、糖分和高化合物。

　　图源：摄图网

　　此外，节食减肥也不科学，因为这在一定程度上是在与人的生命本能作斗争。长时间缺乏营养，对于人的身体损害非常大，并且会严重影响人的基础代谢率。即使通过一段时间的节食体重有所下降，一旦恢复正常饮食也会迅速反弹。人体在缺乏能量的时候，最先消耗的是肌肉，并非想要减掉的脂肪。

　　如何科学减脂？

　　事实上，无论是想瘦某个部位还是想实现全身减肥，都必须降低身体整体的脂肪量。想要成功地减脂，必须经过锻炼与饮食两方面来进行。无论只注重其中的哪一方面，都难以取得显著的效果。

　　图源：摄图网

　　以很著名的“地中海式饮食”为例，它要求每天都必须进行健康、简单、清淡以及富含营养的饮食。这种特殊的饮食结构强调多吃蔬菜、水果、鱼、海鲜、豆类、坚果类食物，其次才是谷类，并且烹饪时要用植物油(含不饱和脂肪酸)来代替动物油(含饱和脂肪酸)。

　　那么，到底如何科学运动？

　　运动前半小时没用？

　　有一种流行的说法是，运动半小时内消耗的全是糖，等糖没有了，才开始“燃脂”。其实任何时候，糖和脂肪都同时“燃烧”供能。相对于全身几十斤的皮下脂肪，肌肉和肝脏中储存的几百克糖量很少，消耗光之后无法马上补足。因此，以糖为主要燃料的高强度运动无法持续很长时间。

　　在最“燃脂”的运动强度下，持续运动60分钟后，脂肪“燃烧”比例并没有明显变化，延长至90分钟以上时才开始升高，且幅度不是很大。

　　图源：果壳——绿框为脂肪能量消耗、红框为糖能量消耗选择适合自己的运动

　　规律做有氧运动可以明显加速“燃脂”。但每个人的身体情况、喜好和对运动的反应都不一样，选择最适合自己的才能坚持下去。

　　01有氧运动：有效燃脂

　　美国心脏学会发表的“肥胖与心血管病科学声明”表示，有规律地进行有氧运动是减少腹部脂肪最有效的方式之一。

　　有氧运动每周至少运动3次，每次运动时间应达到30分钟，且不能少于3~4个月的时间。一般来说，运动相同的时间，跳绳、游泳消耗热量较多，篮球、足球、羽毛球次之，骑车、跑步、走路更少一点。

　　图源：摄图网

　　02高强度间歇训练：燃脂速度快

　　高强度间歇训练，就是把高强度运动、低强度放松和休息结合在一起。主要目的是通过高强度运动，激发人体肌肉进行大强度做功，使肌肉被调动起来，然后在低强度的休息放松时，仍维持较高动力进行燃脂。

　　03伸展运动：加强燃脂能力

　　静态下的发力运动，能提高腹部在静力状态下肌肉的做功能力，以此加强运动中的燃脂能力，并能避免肌肉拉伤。

　　04负重训练：巩固燃脂效果合理

　　通过刺激肌肉，增加肌肉力量，进一步提高肌肉质量。而肌肉增多可在运动时增大能量消耗，也会提高基础代谢率，运动后进一步加强对脂肪的燃烧。

　　资料来源：果壳、生命时报／武汉体育、上游新闻

　　整理：董小娴