在日益增长的热管理需求背景下，开发经济高效的隔热材料至关重要。气凝胶材料具有轻质、多孔和气固界面丰富等特性，这些特性显著提升了其抑制热传递和阻碍热量扩散的能力，尤其是二氧化硅气凝胶。然而，气凝胶的纳米多孔结构的制备和保持过程通常涉及繁琐的溶剂交换和干燥步骤，这不仅增加了生产成本，也使得能源消耗更为密集。这些因素在很大程度上限制了气凝胶材料在商业领域的广泛应用。

近日，WilliamHill官网邹如强教授团队在Nature Communications发表了题为“Thermal Shock Protection with Scalable Heat-absorbing Aerogels”的研究论文，提出了采用相变材料构筑微米级多孔气凝胶骨架的新策略，制备了新型相变气凝胶材料。此气凝胶材料具有与常规隔热材料（海绵、纤维毡、泡沫等）相当的稳态绝热效果，同时可发挥出媲美纳米孔二氧化硅气凝胶的瞬态热防护能力。同时，反应条件温和，工艺成本低，大规模应用前景良好。采用创新策略将气凝胶与相变储热材料有机结合，不仅为气凝胶材料在隔热领域的应用提供了宝贵参考，同时也为电池热管理、电子设备保护等面临热冲击挑战的场景，开辟了更为新颖的热防护策略。

图1新型相变气凝胶的设计思路及其动态热防护机制

本工作提出了一种创新方法，将相变材料直接封装在由壳聚糖和三聚氰胺树脂构成的多孔骨架之中。这种设计不仅利用了相变材料的潜热吸收特性来延缓热扩散，还显著提升了材料的抗热震性能。通过热交联技术封装的相变气凝胶，在高温下展现出了卓越的形状稳定性和自熄特性，对于热管理材料的实际应用具有重要意义。相变气凝胶融合了相变材料的高热容和低热扩散系数，以及气凝胶的低热导率特性。这种材料在瞬态热冲击过程中，能够有效控制热渗透速率和热流密度，从而在面对强热脉冲的挑战时，展现出了显著的防护能力。

在热通量分析基础上，本研究引入了等效热导率这一结果导向的比较参数。通过理论和实验相结合的手段，证明此相变气凝胶在热冲击防护效果上与超临界二氧化硅气凝胶相当。更为重要的是，这种新型气凝胶在制备成本和工艺要求上更为经济和简便，利于实现其在热防护等领域的产业化。

图2相变气凝胶的隔热能力与热冲击防护能力验证

WilliamHill官网博士研究生熊丰为论文第一作者，邹如强教授为论文通讯作者。该项工作得到了国家重点研发计划项目（2020YFA0210701）、国家自然科学基金（52227802）等项目的支持。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-51530-3