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面對(duì)新能源汽車(chē)輕量化與安全性的雙重挑戰(zhàn)，如何突破傳統(tǒng)材料局限，研發(fā)出輕質(zhì)化、高效能、低成本的新型隔熱材料？

日前，在江蘇省南京市舉行的中國(guó)青年科技工作者協(xié)會(huì)2026年度學(xué)術(shù)交流活動(dòng)暨“青科杯”新材料領(lǐng)域?qū)ｍ?xiàng)賽上，南京工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院副教授吳曉棟團(tuán)隊(duì)提出“超薄高絕熱低成本氣凝膠隔熱片創(chuàng)制”策略。憑借該策略，其團(tuán)隊(duì)獲全國(guó)第二名。

同時(shí)擊破三大行業(yè)痛點(diǎn)

氣凝膠被譽(yù)為“改變世界的神奇材料”，因其高達(dá)99%的空氣占比，是目前已知導(dǎo)熱系數(shù)最低的固體材料，在航空航天、石油化工及新能源電池?zé)岱雷o(hù)中應(yīng)用廣泛。

然而，長(zhǎng)期以來(lái)，傳統(tǒng)氣凝膠隔熱片卻面臨著三大行業(yè)痛點(diǎn)：一是厚度普遍在1.5毫米以上，擠占了電池寶貴空間；二是隔熱溫差不足500℃，難以有效阻隔熱失控蔓延；三是因依賴(lài)昂貴的乙醇溶劑和繁瑣的封裝工藝，導(dǎo)致成本居高不下。

針對(duì)這些難題，吳曉棟和團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)數(shù)年攻關(guān)，突破了“超薄、高絕熱、低成本”三大難題。

吳曉棟打了個(gè)比方：“我們首先以接枝改性技術(shù)，給原本僵硬的硅基分子‘修剪枝葉’，通過(guò)化學(xué)手段控制其‘伸出’的手臂數(shù)量，使其從剛性的顆粒結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槿犴g的‘韌帶’結(jié)構(gòu)?！?/p>

這一招不僅解決了氣凝膠易掉粉的行業(yè)通病，更讓其具備了極強(qiáng)的柔韌性，攻克了超薄易碎難題。目前，團(tuán)隊(duì)已經(jīng)研制出0.3毫米的中試產(chǎn)品。

在高絕熱性能上，團(tuán)隊(duì)將氣孔精準(zhǔn)鎖定在16納米左右。“這相當(dāng)于把空氣分子關(guān)進(jìn)了‘迷你牢籠’?！眳菚詶澖忉尩?，通過(guò)限制空氣分子的自由碰撞，并結(jié)合陶瓷纖維的“擋板效應(yīng)”阻擋熱輻射，材料的熱導(dǎo)率被降至極低。實(shí)測(cè)顯示，2毫米氣凝膠隔熱片熱面溫度為675℃時(shí)，其背溫僅171℃，溫差超500℃，遠(yuǎn)超行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

而在成本控制上，團(tuán)隊(duì)則打出了“水替乙醇”和“免封裝”的組合拳。用水基溶劑替代昂貴的乙醇，并結(jié)合免封裝工藝，使得成本降低10%—15%，讓氣凝膠的大規(guī)模民用成為可能。

正規(guī)劃年產(chǎn)1萬(wàn)立方米的首期產(chǎn)線

這項(xiàng)突破性成果，源于一次“美麗的意外”。團(tuán)隊(duì)最初的研發(fā)目標(biāo)并非電池隔熱，而是致力于開(kāi)發(fā)超級(jí)透明氣凝膠玻璃，旨在實(shí)現(xiàn)北方嚴(yán)寒地區(qū)建筑等設(shè)施的“透光不透熱”。雖然小樣透光率極佳，但在放大生產(chǎn)中良率驟降，限制了其規(guī)?；瘧?yīng)用。

“當(dāng)時(shí)測(cè)試隔熱性能時(shí)，發(fā)現(xiàn)該材料配方經(jīng)過(guò)微調(diào)整竟在高溫防護(hù)中表現(xiàn)出色！”吳曉棟回憶道，這一偶然發(fā)現(xiàn)讓團(tuán)隊(duì)敏銳地捕捉到可以用在新能源汽車(chē)熱失控防護(hù)上，從而研發(fā)出這款超薄高絕熱低成本氣凝膠隔熱片。

自2013年攻讀碩士起，吳曉棟便錨定氣凝膠領(lǐng)域深耕不輟。從最初的提高鋁硅氣凝膠耐溫性，到后來(lái)研制氮化硅、碳化硅氣凝膠，再到如今的有機(jī)無(wú)機(jī)雜化氣凝膠，他一直在“高溫耐溫”與“柔性力學(xué)”的平衡中不斷探索。

十多年來(lái)，他嘗試了顆粒狀、韌帶狀乃至纖維狀等多種結(jié)構(gòu)，只為尋找性能最優(yōu)的解法，不斷實(shí)現(xiàn)氣凝膠材料性能的躍升。

“我們的目標(biāo)從來(lái)不是單一場(chǎng)景的應(yīng)用?！眳菚詶潖?qiáng)調(diào)，“這款隔熱片的技術(shù)內(nèi)核，不僅能給電池當(dāng)‘防火墻’，還能在石油化工的管道保溫、儲(chǔ)能電站的電池簇隔離，甚至建筑的墻體隔熱中發(fā)揮關(guān)鍵作用——只要是需要‘隔熱+輕便+低成本’的場(chǎng)景，它基本都能適配?！?/p>

盡管中試成功，產(chǎn)業(yè)化之路仍有挑戰(zhàn)。吳曉棟坦言：“水性凝膠轉(zhuǎn)純凝膠的規(guī)模化置換工藝，還需在產(chǎn)線驗(yàn)證?！眻F(tuán)隊(duì)正規(guī)劃年產(chǎn)1萬(wàn)立方米的首期產(chǎn)線，預(yù)計(jì)設(shè)備投入超3000萬(wàn)元。

未來(lái)，吳曉棟團(tuán)隊(duì)將延續(xù)“耐溫性+力學(xué)性能”的研發(fā)策略，瞄準(zhǔn)航天、國(guó)防等尖端場(chǎng)景，向2000℃超高溫隔熱氣凝膠進(jìn)軍。