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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）

保健康、防重症、促康复 湘雅医院全力保障新冠重症患者救治******

　　打破专科界限，全院床位分层级收治新冠病毒感染患者；打造“关口前移-亚重症-重症-重症康复”的阶梯式重症延伸救治模式，严格落实重症病房、亚重症病房、普通新冠病房转入转出标准，加快重症/亚重症床位的周转率；由重症、呼吸、感染等科室医生组成团队到普通病房巡诊，及早筛查可能转重症的患者；按照救治标准组建各层级救治队伍，每个医疗组都有ICU或呼吸内科或感染科等专科医护人员，保证一个水平、一个标准救治患者……保健康、防重症、促康复，中南大学湘雅医院创新新冠特色救治机制，全力保障新冠重症患者救治。

　　畅通通道，重症“住得进、转得出”提高周转率

　　中南大学湘雅医院重症ICU内，张丽娜教授在用重症超声评估患者病情

　　“用力蹬，吹气体，很好，再来一次……”湘雅医院重症ICU内，患者李女士（化名）正在努力一边“吹气球”一边“踩单车”，这是她脱离呼吸机后的康复训练。

　　6天前，患有糖尿病的她感染新冠后诱发了酮症酸中毒，心脏骤停在急诊抢救后插管被送入了ICU。经过几天的治疗，她顺利拔管并恢复了清醒，再过一天，她就可以从ICU转出到亚重症病房继续治疗。

　　“患者出现好转到脱机拔管过程中，我们及时进行营养、肢体、呼吸等康复治疗，把康复治疗、中医药治疗早期贯穿到整个救治的前期过程中，最快去促进患者恢复，尽快转出ICU，提高周转率。”中南大学湘雅医院重症医学科主任张丽娜教授表示。

　　这只是湘雅医院“关口前移-亚重症-重症-重症康复”阶梯式重症延伸救治模式的一环。这一模式是由张丽娜教授在全国率先提出，在支援上海、新疆时就得到了很好的实践，能够实现危重型筛查和预警的关口前移，有效加快ICU重症床位的周转率，最大化提升重症医疗资源配置利用率，集中专家、集中资源精准救治。

　　目前，中南大学湘雅医院已统筹全院病床资源，按照重症、亚重症和普通新冠病毒感染三个层级设置病房，全面收治新冠感染者。重症病房由综合ICU和呼吸、神内、神外等专科ICU组成，所有专科ICU均按照“大综合、小专科”模式收治患者。在梯队组建上，重症、亚重症病房由重症医学、呼吸病学等专家领衔，三个层级病房医护梯队均采用混编模式组建。

　　“我们打通了急诊、普通病房、亚重症病房向重症病房的转运通道，制定了重症、亚重症病房转入转出标准和普通病房收治标准。” 中南大学湘雅医院副院长、疫情防控总指挥刘龙飞教授介绍，在急诊时会对患者进行评估分级，比较轻的就到普通病房去，很重的就收到重症病房去，介于两者之间的患者就到亚重症病房。

　　亚重症病房起到了有效的“承上启下”作用，除了急诊分诊来的患者，普通病房中一些轻型患者在治疗过程中可能会病情加重，但还不需要插管等高度器官支持，这时就适合转到亚重症病房，减轻重症ICU的压力。而在重症ICU中治疗好转的患者，但还达不到去普通病房或者出院的标准，也可以转到亚重症病房，加快重症ICU的周转率。中南大学湘雅医院医疗副院长、疫情防控工作领导小组常务副组长陈子华教授表示。

　　“亚重症病房能够及时发现患者病情变化、及时处理，为患者能够转到真正的重症病房提供一个平台支持。”重症医学科副主任、亚重症病房负责人刘志勇副教授表示。在他带队的亚重症病房团队中，包含了来自耳鼻喉科、麻醉科及其他科室的医生，他们对气道的管理是非常专业的，一旦患者出现危险情况能够第一时间有效处理。

　　关口前移，“分片包干制”巡诊预警降低重症率

　　“重症需要去关口前移，真正等到患者发展成重症的时候，救治的难度和所付出的代价是非常大的。如果我们能够更早一点走出到ICU之外，去指导救治避免患者发展成重症，其实是一个更好的治疗方式，我们希望能达到最大化降低重症发生率的目标。”中南大学湘雅医院副院长、重症救治专家指导委员会主任委员钱招昕教授表示。

　　目前，湘雅医院已建立起分片包干巡诊机制，由重症、呼吸、感染等专业专家分片包干若干个普通新冠病房，负责巡诊指导，确保所有病区新冠患者有统一的诊断和治疗方案，并对轻型转向重型的患者早发现、早干预、早治疗，这对于降低重症转化率、提高救治效果非常关键。

　　重症医学科马新华教授介绍，每天早晨，由重症、亚重症及呼吸等专科的教授、高年资主治医师、呼吸治疗师、重症超声技师组成团队，都会到普通病房去巡诊，对患者进行评估，及早筛选出可能会变成重症的患者。

　　“赵老师，这个患者呼吸不好，您快看看！”重症医学科赵春光主治医师巡诊到普通外科9病室时，发现一名74岁有高血压、糖尿病、冠心病老人呼吸困难。重症超声检查发现，老人双肺50%以上出现了实质性病变，并且有大量的胸腔积液。抽取胸腔积液后，老人的症状才稍微缓和一点，随后转入亚重症病房进行进一步治疗。

　　“巡诊团队覆盖了全院所有病区，除了及早筛查可能转重症的患者，还指导普通病房医生如何避免患者发展成重症，并第一时间干预，有不少患者通过俯卧位通气、高流量氧疗等治疗避免了插管，有效降低了患者重症转化率。”中南大学湘雅医院呼吸与急危重症医学科主任潘频华教授表示。

　　中南大学湘雅医院重症ICU内，医护人员为患者进行俯卧位通气治疗

　　在急诊抢救一区，82岁的新冠感染者袁爷爷，通过俯卧位通气，大约10分钟，血氧饱和度从92%上升至97%左右，痰液也容易排出了。

　　清醒俯卧位治疗可以作为一种可能改善通气的方式，可以积极、早期用于普通型或者轻型新型冠状病毒感染者，有效避免他们发展成重症。据护理部主任岳丽青教授介绍，目前，湘雅医院已在全院开展了俯卧位通气培训，组建了俯卧位通气的医护专班开展指导和质控工作，提高俯卧位通气的执行力。由湘雅医院岳丽青教授领衔编制的俯卧位通气治疗宣教视频获得了超过877万的点击观看量，为清醒俯卧位治疗的标准化、同质化贡献了湘雅力量。

　　规范管理，“湘雅标准”同质化治疗提升救治率

　　在扩容的同时，如何保证救治的同质化？

　　作为国家卫生健康委首批巡诊专家，张丽娜教授担任湖南省巡诊专家组长，湖南省疫情防控新冠重症救治专家组组长，根据省卫健委安排，对省内地市级开展巡诊督查工作。  普通病房内，巡诊团队为患者评估病情，并指导医护人员治疗

　　受湖南省卫健委委托，中南大学湘雅医院重症医学科、湖南省重症医学质量控制中心牵头，省质量控制中心主任、湘雅医院重症医学中心主任张丽娜教授和省质控中心秘书、湘雅医院重症医学科彭倩宜副研究员领衔执笔，制定了《湖南省新型冠状病毒感染重症救治方案（试行）》。该方案为临床新冠肺炎重症救治决策提供参考依据，对于促进规范诊疗、提高湖南省新冠病毒感染重症救治水平有着重要意义。

　　张丽娜教授受邀担任中华医学会重症新冠感染病人救治ABC课程授课专家，该系列课程浏览量超过254万。受湖南省疫情防控指挥部医疗救治组委托，牵头举办2期湖南省新冠感染重症救治能力提升课程，观看人数超过30万。近期将针对湘雅重症专科联盟单位开展为期一周的新冠感染重症救治“一线面对面”线上活动，指导全省13个地州市基层医疗机构，充分发挥省级重症救治中心作用。

　　同时，湘雅医院制定了《医院新型冠状病毒感染诊疗方案》《医院新型冠状病毒感染重症救治方案》和《重症/亚重症分片包干会诊巡诊制度》等全院通用版新冠感染患者救治方案。组建了新冠病毒感染重症救治专家指导委员会，定期开展巡诊、疑难病例讨论、多学科联合会诊等。  中南大学湘雅医院亚重症病房10病室内，医护人员在为患者治疗

　　医院组建了五类人员梯队，包括急诊、发热门诊、重症/亚重症病房、普通新冠病房、普通专科病房，并根据不同梯队分别制定培训方案，全面提升全体医务人员重症救治同质化水平。目前所有医护人员都混编排班，确保每个医疗组都有ICU、呼吸内科或感染科等专科医护人员，保证一个水平、一个标准救治患者。

　　“重症救治梯队人员要同时接受理论培训与ICU跟班实操，在ICU学习血流动力学、机械通气、CRRT、人工气道建立与管理、重症超声等技能，以便随时混编到团队中，达到应对ICU扩容的人力需求。”中南大学湘雅医院医务部主任黄耿文教授介绍。

　　每个层级的病房内，在每个患者的床头，都贴着一张标准化的重症救治指引单；每位住院医师手上，都有一份统一的查房Checklist表、重症早期预警识别筛查表、呼吸治疗记录单等等，精确到每一天需要监测哪些指标、出现什么情况需要哪些治疗，清晰地指引着各个层级病房医务人员进行同质化治疗。

　　刘先生感染新冠病毒并引发了心肌炎，经过3天治疗心脏情况稳定后，再进行2天俯卧位通气，很快就拔出气管插管，第二天转入普通病房。

　　“转入普通病房后，医护人员会根据指引单等，继续为患者延续标准化的治疗，我们在进行质控的时候也可以很清晰地看到患者影像学、肺部超声等的变化，及时指导治疗。”重症医学科李莉副主任医师介绍。

　　同心抗疫，筑起护卫人民健康的坚实堡垒

　　“我们向医院党委请战，随时听候调遣，奔赴抗疫最前线！”“哪里有需要，湘雅人就应该在哪里，我们责无旁贷应该战斗在最前沿！”……一封封请战书、一个个鲜红的手印，是全院党员职工奋力投身抗疫最前线的最真实写照。

　　“全院各党总支、党支部要发挥坚强的战斗堡垒作用，广大共产党员要发挥先锋模范作用，我们必须身先士卒、戮力同心，坚持人民至上、生命至上，形成强大的抗疫合力，全力保障危急重症患者救治，为护卫人民健康筑起坚实堡垒。”中南大学湘雅医院党委书记张欣表示。

　　“在大家奋战前线、同心抗疫的同时，医院给予了员工更多的温暖和关怀，让医务人员全身心地投入到医疗救治工作当中。”党委副书记、纪委书记吴希林介绍。

　　除慰问住院职工、发放慰问物资、增开高压氧治疗外，医院成立了由28人组成的心理关爱中心队伍，建立了职工心理援助系统和66000心理咨询热线，有效利用医院专家门诊，开辟员工关心关爱就诊专区，并联合药学部配备300份药包，为最前线、最辛苦的急诊科、感染病科、重症医学科等医务人员发放。

　　“我们按照‘两统筹两标准两畅通’的湘雅特色救治模式，全院一盘棋统筹人力与床位资源，严格落实重症病房、亚重症病房转入转出标准和新冠治疗规范化标准，全力保障急诊和重症绿色通道的畅通，充分发挥湘雅危急重症学科群的优势，扎实做好重症患者的救治工作。”中南大学湘雅医院院长雷光华表示。（王洁 严丽 罗闻 邓磊）

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）