形状记忆聚合物（SMPs）作为一种智能材料能够感知外部刺激并产生响应驱动，具有质量轻、成本低、变形量大等优点，被广泛应用于航空航天、生物医疗、机器人等领域。航空航天飞行器的快速发展，对可变形热防护系统和智能防隔热材料技术提出了更大的挑战。开发具有耐高温性能的树脂和具有优异可调隔热性能的气凝胶是实现智能热防护的关键。

  近日，哈尔滨工业大学冷劲松院士团队在《Chemical Engineering Journal》上发表了题为《Self-Sensing Shape Memory Boron Phenolic-Formaldehyde Aerogels with Tunable Heat Insulation for Smart Thermal Protection Systems》的研究论文，博士生胡利凯为第一作者，冷劲松院士和张风华研究员为共同通讯作者。论文报道了一种基于超支化拓扑结构设计策略的形状记忆硼酚醛树脂（SMBPF），兼具耐高温和耐烧蚀（线烧蚀速率0.048mm/s）性能。以可溶性盐为模板，采用原位聚合策略制备了低密度（0.18g/cm3）和高孔隙率（89.3%）的形状记忆硼酚醛气凝胶（SMBPFA）。形状记忆性能和隔热性能的协同效应，使气凝胶能够根据需求提供可调的隔热能力，为智能热防护系统提供了新的设计思路。

图1. 用于智能热防护系统的具有可调隔热性能的自感知形状记忆硼酚醛气凝胶

  酚醛树脂具有优异的热稳定性和烧蚀性能，是一种很有前途的烧蚀热防护材料。气凝胶的出现拓宽了酚醛在防火、隔热、隔音等领域的应用。航空航天工业的快速发展，对热防护系统提出了智能化的需求，开发出具有主动隔热性能的气凝胶材料迫在眉睫。作者设计并合成了基于超支化反应的SMBPF，通过原位聚合策略模板上制备了SMBPFA，得益于形状记忆性能与隔热性能的共同作用，处于临时形状的SMBPFAs具有主动调控的隔热能力，有望应用于未来飞行器的智能热防护系统。

图2. a) SMBPFs制备示意图，b) SMBPFs的FTIR光谱，c) SMBPFs的TGA曲线，d) SMBPFs的DTG曲线，e) SMBPFs的DSC曲线，f-g) SMBPFs的DMA曲线。

  以氯化钠作为模板，使预固化硼酚醛树脂粉末于模板上进行原位聚合，构建起三维网络结构，制备出具有多孔结构的各向异性SMBPFAs。发生50%的压缩形变后，SMBPFAs的微观结构产生了显著的压缩变形，热驱动的作用下，其能够由临时形状恢复至初始形状，微观结构也随之进行形状回复。

图4. a) SMBPFAs制备示意图，b-c) SMBPFAs的SEM图像，d) SMBPFAs的实物图片

  气凝胶优异的隔热性能源于其超高的孔隙率，这是其在热防护系统中应用的基石。原位聚合过程中纳米孔的生成进一步增强了气凝胶的隔热性能。气凝胶在200℃的加热平台上经过350s的测试后，冷测温度低至43.8℃，样品冷侧和热侧温差超过156℃。在800℃丁烷火焰的直射下，15mm的SMPBFA样品冷侧温度低至在162℃，体现了其出色的烧蚀防热性能。

图6. a) SMBPFAs和加热阶段的温度记录，b) SMBPFAs隔热性能测试的热成像图片，c) SMBPFAs的导热系数，d) 鲜花在气凝胶上的红外热成像图片，e-f) SMBPFAs在丁烷火焰下的热防护性能演示

  该项研究成果获得了国家自然科学基金的大力支持。

  论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.159558