北京大学材料科学与工程学院邹如强教授带领的研究团队于2024年8月20日在国际知名学术期刊《Nature Communications》上发表了一篇题为“可扩展热吸收能力的气凝胶用于热冲击保护”的研究论文。该研究在相变材料（PCM）与气凝胶的结合方面取得了重要突破，为高效隔热材料的设计和应用提供了新的思路。
提高热绝缘性能对于应对热保护和能源效率挑战至关重要。尽管二氧化硅气凝胶在环境压力下具有创纪录的低导热性，但由于其纳米级多孔结构，其高生产成本阻碍了其广泛使用。在这项研究中，上述课题组介绍了一种经济高效且温和的方法，该方法通过将相变材料（PCM）掺入微米多孔框架中来增强绝热效果。这种PCM气凝胶导热系数为 0.041 W/m.K，与传统的绝缘材料相比，这种 PCM 气凝胶通过吸收热量有效地延迟了热传播，从而在瞬态高温负载下的热保护方面具有额外的优势。此外，相变材料气凝胶在循环变形和加热至 300 °C 下保持稳定，并在着火时自熄。这种方法为经济实惠的绝热材料提供了一种有前途的替代品，在热保护和节能领域具有潜在的广泛应用潜力。
北大材料学院邹如强研究团队开发了一种新的制备方法，通过特定的技术手段将相变材料（PCM）均匀分散并固定在气凝胶基体中，形成稳定的复合材料，成功开发了一种新型相变气凝胶材料。论文中详细描述了实验测试结果，证明了所开发的相变气凝胶在不同工况下的实际表现，包括长时间高温暴露下的稳定性测试、热循环测试等，不仅提高了材料的热稳定性和化学稳定性，还确保了相变材料在多次热循环中的可靠性和耐久性。
课题组通过对气凝胶的微观结构进行优化，如调整孔隙率和孔径大小，可以显著改善材料的隔热性能。优化后的气凝胶具有更低的导热系数，能够在更宽的温度范围内提供高效的隔热效果。除了优异的隔热性能外，这种相变气凝胶还集成了其他功能，例如轻质、高弹性和良好的机械强度，使其在实际应用中更加灵活和耐用。这些特性使得材料适用于各种环境条件下的隔热需求，包括极端温度变化。
邹如强课题组的研究成果不仅在理论上为相变材料和气凝胶的结合提供了新的见解，还在实际应用中展现了巨大的潜力。这一创新材料的开发有望在建筑、交通、电子、工业等多个领域推动节能减排和能效提升，为实现可持续发展目标贡献力量。
例如，在化工、石油等行业的高温管道、反应器和炉子中，相变气凝胶可以有效减少热量损失，提高设备的运行效率和安全性；在航空航天领域方面，卫星、航天器和宇航员太空服利用相变气凝胶可以提供高效的隔热和温度调节功能，确保设备和人员的安全；在汽车、飞机和高速列车中，相变气凝胶可以用于电池包、车身和车厢的隔热，减轻车辆重量，提高隔热效果，提升乘客的舒适度；相变气凝胶还可用于热能储存系统，实现能量的有效存储和释放，提高能源利用效率；若用于智能服装和运动装备中，可提供自动调节的隔热性能，提高穿着者的舒适度。
多元的应用领域展示相变气凝胶在隔热技术中的多功能性和广泛适用性。伴随着技术的不断进步和成本的逐步降低，相变气凝胶在更多领域的应用将会变得更加普及。
相关论文详情请见下列链接：
Thermal shock protection with scalable heat-absorbing aerogels | Nature Communications
