本研究聚硅氧烷与聚丙烯腈为低成本双前驱体，受苦瓜结构启发，通过离心纺丝结合分段高温烧结制备出具有致密 SiC 外壳、疏松富碳内芯的仿生分级多孔柔性 C-SiC 纤维气凝胶；该材料密度仅 3.9 mg cm⁻³、孔隙率 95.5%，兼具超低室温导热系数 9.12 mW m⁻¹ K⁻¹、X 波段最大电磁屏蔽效能 53.1 dB 与超高比屏蔽效能 346828.6 dB cm² g⁻¹，同时拥有可反复压缩回弹的柔性、耐强酸强碱腐蚀、2000℃惰性气氛高温稳定、1000℃空气抗氧化等极端环境适配能力，解决了传统碳基气凝胶制备复杂、高温易氧化、隔热与屏蔽性能难以兼顾的短板，提供了可规模化、低成本的仿生多功能纤维气凝胶制备路线，在航天高温热防护与极端工况电磁屏蔽领域具备重要应用潜力。
图 1 C-SiC 纤维气凝胶的制备过程(a) C-SiC 纤维气凝胶制备工艺示意图(b) 单根纤维表面扫描电镜（SEM）图像(c) 单根纤维截面扫描电镜（SEM）图像(d) C-SiC 纤维气凝胶整体扫描电镜（SEM）图像(e) C-SiC 纤维气凝胶三维计算机断层扫描（CT）重建图像（不同颜色代表纤维取向）(f) C-SiC 纤维气凝胶置于鸵鸟羽毛尖端的光学照片，直观展示超低密度(g) C-SiC 纤维气凝胶弯折前后光学照片，体现可弯曲特性(h) C-SiC 纤维气凝胶压缩前后光学照片，体现可压缩回弹特性
图 2 Si-C-O-N 纤维向 C-SiC 纤维气凝胶的物相结构演变(a) 不同烧结温度下纤维截面 SEM 图(b) 不同烧结温度下纤维表面 SEM 图(c) 不同烧结温度下纤维透射电镜（TEM）图(d) 不同温度纤维透射电镜 - 能谱（TEM-EDS）元素分布图(e) 不同温度纤维气凝胶 X 射线衍射（XRD）图谱(f) 1800℃烧结所得 C-SiC 纤维气凝胶硅固体核磁共振（²⁹Si MAS NMR）谱图(g) 1800℃烧结 C-SiC 纤维气凝胶 X 射线光电子能谱（XPS）图谱(h) 高温下纤维结构演变机理示意图：致密结构→核壳结构→苦瓜仿生结构
图 3 C-SiC 纤维气凝胶的力学与化学性能(a) C-SiC 纤维气凝胶压缩应力 - 应变曲线(b) 30%、60% 应变下 10 次循环的最大压缩应力(c) 30%、60% 应变循环的能量损耗系数(d) 1 M 盐酸浸泡 7 天后样品 SEM 形貌图(e) 6 M 氢氧化钠浸泡 7 天后样品 SEM 形貌图(f) 水接触角动态测试(g) 油接触角动态测试
图 4 C-SiC 纤维气凝胶耐高温性能与隔热性能(a) 1800℃保温 1 h 处理后 C-SiC 纤维气凝胶 SEM 图(b) 2000℃保温 1 h 处理后 C-SiC 纤维气凝胶 SEM 图(c) 2000℃氩气保温 1 h 后样品 XRD 图谱(d) 1000℃空气氧化 10 min 后样品 SEM 形貌图(e) 不同温度下 C-SiC 纤维气凝胶的导热系数曲线(f) 丁烷火焰加热气凝胶隔热效果红外实拍图(g) C-SiC 纤维气凝胶氮气吸附 - 脱附等温曲线(h) 基于 NLDFT、BJH 吸附法得到的微分孔容 - 对数孔径分布曲线(i) C-SiC 纤维气凝胶隔热机理示意图(j) 本文材料与文献已报道气凝胶导热系数对比图
图 5 C-SiC 纤维气凝胶电磁屏蔽性能(a–f) X 波段下不同配比 C-SiC-X 纤维气凝胶的电磁屏蔽效能、反射率、吸收率与透射率测试曲线(g) 无屏蔽材料、放置 C-SiC 纤维气凝胶时电场分布有限元仿真结果(h) 特斯拉线圈实物演示电磁屏蔽效果（含丁烷火焰高温工况测试）(i) C-SiC 纤维气凝胶电磁屏蔽机理示意图(j) 本研究材料与文献报道材料密度、综合电磁屏蔽性能对比图
原文链接：https://doi.org/10.1002/advs.76343
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