近日，浙江农林大学孙庆丰教授团队联合武汉大学陈朝吉教授团队以纤维素纳米片为柔性结构基元，协同碳化硅纳米颗粒和碳纳米管构筑层级微卷轴网络，制备出SiC@CNTs/CN 陶瓷气凝胶。该材料将传统刚性颗粒网络转化为可弯曲、可滑移的纤维化结构，实现了超轻、超弹、隔热、耐极端温度与宽频电磁屏蔽的协同集成。所得气凝胶体积密度低至 0.303 mg cm?3，可承受 95.13% 压缩应变；在 8.2–40 GHz 范围内平均电磁屏蔽效能达到 56.95 dB；真空热导率低至 3.6 mW m?1 K?1，并可在 ?196 ℃至约 1300 ℃环境下保持结构稳定，为航空航天极端环境多功能材料设计提供了新的思路。

  2026年6月18日，相关研究以“Transformative Powder Fibration toward Hierarchical Ceramic Aerogels for Multifunctional Aerospace Systems”为题发表在《Advanced Materials》上。文章第一作者为李莹莹，文章通讯作者为孙庆丰，陈朝吉，杨玉山。文章通讯单位为浙江农林大学化学与材料工程学院、武汉大学资源与环境科学学院。

  传统陶瓷气凝胶虽然具有低密度和耐高温优势，但其颗粒间刚性连接容易引起应力集中，在压缩、热冲击及复杂电磁环境下易发生裂纹扩展和结构失稳。因此，如何在超轻基础上同时实现弹性恢复、热防护与电磁隔离，是陶瓷气凝胶领域的重要挑战。

  针对上述问题，研究团队提出滚动诱导纤维化策略：在冷冻干燥过程中，碳化硅颗粒、碳纳米管与纤维素纳米片之间的界面作用、收缩效应及毛细作用共同驱动二维纳米片卷曲，最终形成缠结微卷轴网络。微卷轴单元可通过弯曲、滑移和重构耗散能量，碳纳米管提供连续导电通路，碳化硅则赋予材料耐高温结构支撑（如图1）。

图1 SiC@CNTs/CN 气凝胶制备流程、纤维素纳米片卷曲形成微卷轴的结构演化过程，以及不同材料体系多功能性能对比。

图2 SiC@CNTs/CN 气凝胶跨尺度层级结构、超低密度与孔结构表征分析。

  如图2，材料具有从宏观块体、微米级微卷轴到纳米级碳化硅颗粒的跨尺度结构。其孔隙率达到约 99.96%–99.99%，平均孔径约 24.4 nm。丰富的微孔、介孔和连通大孔可有效延长热量与电磁波的传输路径。

图3 SiC@CNTs/CN 气凝胶压缩应力–应变曲线、循环压缩稳定性能、弹性模量变化规律及原位形变观测结果。

  在单轴压缩下，材料可承受95.13% 应变并恢复初始形貌。在 60% 应变下循环压缩 10000 次后，仍保持 88.54% 的初始应力，高度恢复率超过 92%。微卷轴单元在受力时通过可逆弯曲、滑移和局部重排实现应力重新分配，同时呈现负泊松比特征，从而降低传统陶瓷网络中常见的脆性断裂（图3）。

图4 SiC@CNTs/CN 气凝胶电导率、电磁屏蔽性能、宽温域稳定性与电磁衰减机理示意图。

  该材料在8.2–40 GHz 宽频范围内的平均电磁屏蔽效能达到 56.95 dB，最大值为 62.31 dB，密度归一化屏蔽效能达到 178733.33 dB cm2 g?1。其高效屏蔽主要来源于多级孔隙的多次散射、碳纳米管网络的导电损耗以及多相界面的极化损耗。经 ?196 ℃液氮、300 ℃加热和约 1300 ℃火焰处理后，材料仍保持较高屏蔽性能；在火焰暴露后，屏蔽效能依然高于 40 dB（图4）。

图5 SiC@CNTs/CN气凝胶宽温域力学稳定性、火焰隔热实测效果、高低温环境形变恢复能力与各类隔热材料热导率对比。

  在约1300 ℃火焰持续加热下，10 mm 厚样品背面温度在 600 s 后仅约为 279 ℃，形成超过 1000 ℃的温差隔热能力。材料在 ?196 ℃液氮和高温火焰环境下均可保持压缩恢复性能。即使经历超过 1500 ℃温差的反复热冲击，材料仍未出现明显结构退化（图5）。

  该研究通过纤维素纳米片构筑微卷轴拓扑结构，实现了陶瓷气凝胶由刚性颗粒网络向柔性纤维网络的转变。多级孔隙、异质界面与导电网络协同赋予材料超弹性、隔热、耐热冲击和电磁屏蔽性能，为航空航天热防护、深空探测装备及极端环境电子器件提供了潜在材料方案。

  文章链接：https://doi.org/10.1002/adma.73675