为应对建筑、工业、以及航空航天等领域在高温环境下对隔热与节能的多重需求,开发兼具高温稳定性、低热导率和良好力学性能的新型材料成为热管理技术发展的关键方向。传统陶瓷材料虽具备出色的耐热性和化学稳定性,但其高脆性、高密度及加工困难等问题,限制了其在可穿戴隔热、复杂构型制造及大面积应用中的实用性。近年来,多孔陶瓷气凝胶和复合涂层虽然在隔热性能方面取得了一定突破,例如国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所王锦研究员等人提出了“火焰重生策略”(fire-reborn strategy),通过自牺牲聚合物重构二氧化硅气凝胶与氧化铝陶瓷纤维,构建仿生鸟巢状多孔网络结构,实现了陶瓷涂层的低密度、低热导和高可压缩性(Adv.Funct. Mater.2023, 33, 2309148)。然而,该方法在超高温环境下仍存在聚合物分解后残留陶瓷结构力学强度不足、孔径过大等限制,难以在高负载或极端热流环境中稳定应用。因此,研发结构可调、轻质强韧、可规模化制备的多功能热防护材料,对于提升高温环境下的能效管理具有重要意义。
针对上述问题,中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所(苏州纳米所)王锦研究员团队联合西北工业大学叶信立副教授、南通大学张俊雄副教授等,提出了一种基于聚合物成形策略(Polymer Shaping Strategy, PSS)的铝陶瓷纤维增强型陶瓷基复合材料(ACF-CMC)。该材料采用HPMC水溶液辅助,将铝陶瓷纤维稳定分散于铝溶胶中,在不依赖复杂设备条件下实现低成本、可扩展的大面积涂层与自支撑体制备。通过优化组分比例与多孔结构设计,ACF-CMC不仅在1300°C极端火焰条件下仍能保持高达1180.5°C的热阻温差,同时具备优异的太阳反射率(0.785)与红外发射率(最高0.910),实现7.3°C的日间被动辐射冷却效果。该策略突破了传统陶瓷材料“刚-脆-重”限制,为建筑节能、工业防护与极端热环境应用提供了全新材料解决方案。
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