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面對新能源汽車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青年科技工作者協(xié)會2026年度學術交流活動暨“青科杯”新材料領域專項賽上，南京工業(yè)大學材料科學與工程學院副教授吳曉棟團隊提出“超薄高絕熱低成本氣凝膠隔熱片創(chuàng)制”策略。憑借該策略，其團隊獲全國第二名。

同時擊破三大行業(yè)痛點

氣凝膠被譽為“改變世界的神奇材料”，因其高達99%的空氣占比，是目前已知導熱系數(shù)最低的固體材料，在航空航天、石油化工及新能源電池熱防護中應用廣泛。

然而，長期以來，傳統(tǒng)氣凝膠隔熱片卻面臨著三大行業(yè)痛點：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；三是因依賴昂貴的乙醇溶劑和繁瑣的封裝工藝，導致成本居高不下。

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

吳曉棟打了個比方：“我們首先以接枝改性技術，給原本僵硬的硅基分子‘修剪枝葉’，通過化學手段控制其‘伸出’的手臂數(shù)量，使其從剛性的顆粒結構轉變?yōu)槿犴g的‘韌帶’結構。”

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

在高絕熱性能上，團隊將氣孔精準鎖定在16納米左右?！斑@相當于把空氣分子關進了‘迷你牢籠’。”吳曉棟解釋道，通過限制空氣分子的自由碰撞，并結合陶瓷纖維的“擋板效應”阻擋熱輻射，材料的熱導率被降至極低。實測顯示，2毫米氣凝膠隔熱片熱面溫度為675℃時，其背溫僅171℃，溫差超500℃，遠超行業(yè)標準。

而在成本控制上，團隊則打出了“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1萬立方米的首期產線

這項突破性成果，源于一次“美麗的意外”。團隊最初的研發(fā)目標并非電池隔熱，而是致力于開發(fā)超級透明氣凝膠玻璃，旨在實現(xiàn)北方嚴寒地區(qū)建筑等設施的“透光不透熱”。雖然小樣透光率極佳，但在放大生產中良率驟降，限制了其規(guī)?；瘧谩?/p>

“當時測試隔熱性能時，發(fā)現(xiàn)該材料配方經(jīng)過微調整竟在高溫防護中表現(xiàn)出色！”吳曉棟回憶道，這一偶然發(fā)現(xiàn)讓團隊敏銳地捕捉到可以用在新能源汽車熱失控防護上，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域深耕不輟。從最初的提高鋁硅氣凝膠耐溫性，到后來研制氮化硅、碳化硅氣凝膠，再到如今的有機無機雜化氣凝膠，他一直在“高溫耐溫”與“柔性力學”的平衡中不斷探索。

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

“我們的目標從來不是單一場景的應用?！眳菚詶潖娬{，“這款隔熱片的技術內核，不僅能給電池當‘防火墻’，還能在石油化工的管道保溫、儲能電站的電池簇隔離，甚至建筑的墻體隔熱中發(fā)揮關鍵作用——只要是需要‘隔熱+輕便+低成本’的場景，它基本都能適配?！?/p>

盡管中試成功，產業(yè)化之路仍有挑戰(zhàn)。吳曉棟坦言：“水性凝膠轉純凝膠的規(guī)?；脫Q工藝，還需在產線驗證?！眻F隊正規(guī)劃年產1萬立方米的首期產線，預計設備投入超3000萬元。

未來，吳曉棟團隊將延續(xù)“耐溫性+力學性能”的研發(fā)策略，瞄準航天、國防等尖端場景，向2000℃超高溫隔熱氣凝膠進軍。