从地面发展到深空，热防护系统都在任务中保护器部件免受极端温度的影响，这对材料的性能结构提出了全面的要求。纳米纤维气凝胶兼具纤维的抗冲击、可设计性和气凝胶的高效隔热特性，凭借其多孔性和低密度，可作为热防护系统组装的优质材料应用在航空航天、环境过滤、能源安全等各热管理及防护需求中。传统陶瓷气凝胶脆性高，且制备条件严苛，在应力或热冲击下容易发生结构或功能坍塌。通常采用基本的材料结构设计来克服多孔陶瓷的脆性，但多从宏观调控或表面改性，性能提升有限。相比之下，纳米纤维具有显著的优势，可做为材料基元构建为新一代、高性能纳米纤维气凝胶，克服传统材料的局限性，同时保持其固有的耐热性。研究在变形下具有高强度和柔韧性的耐温隔热纳米纤维气凝胶对航空航天事业的发展和高性能热防护系统的升级具有重要意义。

东南大学代云茜教授课题组提出了一种由流线型双氧化物纳米纤维组成的多级孔纳米纤维气凝胶，具有出色的热管理性能和多功能场景应用。该纤维气凝胶材料由具有致密外层和多孔内层结构的流线型纳米纤维组成，多角度任意弯曲的纤维交织缠绕形成相互连接的复杂网络结构，从而一体化组成三维纳米纤维气凝胶。这跨尺度的结构设计有效降低了纤维气凝胶密度和导热性，满足轻质化、耐温、隔热的需求，如图1。

图1 陶瓷纤维气凝胶的结构设计，用于实现具有力热稳定性的热防护功能。a）隔热机理，b）应力耗散机理，c）流线型层级双氧化物纤维气凝胶的结构示意图。

图2 模拟天地一体化试验装置图及测试气凝胶和上下表面温度变化

从多个尺度考虑材料的设计，充分利用热量传递机制，最大程度集成隔热优势，克服氧化物内在本征脆性，同时保障了纤维气凝胶的机械稳定性和热稳定性。该纤维气凝胶材料在-196—1300 °C的宽温域下均表现出色，且通过模拟天地一体化测试，验证了在热振环境下的服役稳定性，如图2。其灵活性和可塑性能够适应不同的应用场景，并集成到各种复杂的工程系统中，且可以依据材料特性进行热管理、安全保护、吸音降噪等多功能集成，为航空航天、低空经济等轻量化纳米材料的铺平道路，如图3。

图3 纤维气凝胶的集成器件及在上天入地中的应用前景

期刊简介

Advanced Science 是Wiley旗下创刊于2014年的优质开源期刊，发表材料科学、物理化学、生物医药、工程等各领域的创新成果与前沿进展。期刊为致力于最大程度地向公众传播科研成果，所有文章均可免费获取。被Medline收录，PubMed可查。最新影响因子为17.521，中科院2021年SCI期刊分区材料科学大类Q1区、工程技术大类Q1区。

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