发布时间：2025-11-04
科研人员正在用高性能气凝胶复合材料做试验
受访单位供图
◎本报记者 王延斌 通讯员 井 水
在齐鲁工业大学（山东省科学院）（以下简称“齐鲁工大”）材料科学与工程学部的实验室内，记者看到，试验人员拿着一张3毫米的片状材料，用上千摄氏度火焰加热材料的一面，同时用手直接触摸材料的另一面。“这是我们研发的高性能气凝胶复合材料。”齐鲁工大材料学部气凝胶材料创新团队负责人伊希斌说，超级绝热性能是该材料的突出性能之一。
历经近15年的研发，伊希斌带领团队完成了高性能气凝胶复合材料“基础研究—配方实验—性能测试—产品定型—实际场景—产业放大”的全链条攻关。中国工程院院士张联盟等鉴定专家认为，上述成果总体达到国际先进水平，其中两项关键技术处于国际领先水平。
近日，在山东高校好成果发布活动上，该团队与企业签约，推广高性能气凝胶复合材料将走向更大的市场。
气凝胶通常外表呈浅蓝色，固体状，内部含有丰富纳米孔隙，被誉为世界上密度最小的固体，甚至可以漂在水里。“它的导热性仅为普通玻璃的1/39，更具备高刚性、超弹性、高弯曲柔性、抗冲击性。”伊希斌说。但目前，气凝胶产业化还面临着三大难题。一是“身子脆”，即材料强度低。纯气凝胶就像一块酥脆的纳米海绵，一碰易碎，高温下也不耐用。二是“做得慢”。传统气凝胶干燥工艺耗时长达3天且成品率低。三是“用不起”，成本高昂。
“我们给纳米海绵加入了‘钢筋’。这样，材料可耐1400℃的高温考验，强度也提升了6倍以上。”伊希斌介绍，他们首次在气凝胶内部自然“种植”出纳米纤维，用于增强气凝胶结构。他打了个比方：这就像在松软的豆腐脑内部编织出一张坚固的纳米铁丝网，而且这张网还必须长得均匀，不能把豆腐脑的结构撑破。传统的办法是把“铁丝”从外面塞进去。而他们团队换了个思路，让“铁丝”从“豆腐脑”里长出来。
“这个技术被称为原位增强技术。它需要精确控制反应条件，让纳米晶须像竹子的根须一样，在材料内部自然生长、蔓延，与基体完美融合。”伊希斌说，在国内，他们率先实现了气凝胶微观结构的精准调控。这项技术就像高级裁缝一样，可精密制造出最大2.5米、误差小于半毫米的复杂异形件。
此外，团队还创新了气凝胶生产工艺。团队核心成员刘思佳介绍：“气凝胶传统制作方法就像‘慢火烘焙’，耗时长、成本高。我们的新工艺相当于一台智能速干机，实现了在特定条件下快速完成气凝胶干燥，把生产周期从3天缩短到14小时，成品率高达99%。”
为了根据不同场景定制性能各异的气凝胶，团队还建立了相关模型。团队核心成员张晶说，基于这个模型，他们研发的气凝胶材料可广泛应用于各个领域。如航天器上轻薄可靠的“隔热服”；输油管道上的节能高效“保温被”；防止储能电池热失控的“安全卫士”……
在基础研究环节，整支团队如同“大海捞针”。他们尝试了成千上万种不同的化学配方和工艺条件，反复调整初始材料的反应过程，摸索如何让这些“纳米砖块”长得更均匀、结合得更牢固。“失败是家常便饭，一个微小的参数变化，就可能导致整个结构坍塌，前功尽弃。”团队在站博士后刘晓婵说。
而眼下，新材料已经进入加速推广阶段，甚至走向了海外。美国能流公司使用该材料后评价认为：“我们全球的储能柜都用上了在中国定制的‘白色电池隔热片’。它关键时刻能阻断电池热失控，极大提升了储能系统的安全性，是产品的‘保险丝’。”
“正是团队坚实的技术储备解决了气凝胶的应用难题。”齐鲁工大材料学部主任郝霄鹏说，校（院）加强有组织科研，特别支持团队把技术推出去。团队一头扎进企业里，与工程师们进行技术攻关，根据生产线和市场实际需求来改进技术，这才把实验室的成果变成了市场认可的产品。
原载于《科技日报》
