跟着航空航天本事的飞速生长，飞翔器速率连续晋升，外观温度快速升高，对高温隔热质料（TIMs）提出了更高哀求。理念的隔热质料需正在极薄的同时具备优异的隔热机能，并能接受异常温度处境。然而，古板众孔隔热质料如陶瓷基复合质料、气凝胶和石墨毡等，虽正在低温下外示优良，但正在赶过2000°C的高温下往往无法坚持低热导率，且本钱高亢、适当性有限，亟需新一代质料打破现有本事瓶颈。
克日，清华大学姜开利熏陶、柳鹏副磋商员开荒出一种基于超摆列碳纳米管堆叠薄膜（SACNT-SF）的高机能隔热质料，其正在真空处境下室温热导率低至0.004 W m⁻¹ K⁻¹，正在2600°C高温下也仅为0.03 W m⁻¹ K⁻¹，明显优于众半古板隔热质料。该质料具备纳米级管径、高各向异性、纳米众孔机闭、超低密度和高消光系数等特质，能有用贬抑固体导热、气体导热和辐射传热，同时兼具柔性和可贴合庞杂曲面的上风，合用于异常处境下的热防护体例。闭连论文以“Carbon Nanostructure–Enabled High-Performance Thermal Insulation for Extreme-Temperature Application”为题，宣告正在
磋商团队通过从SACNT阵列中直接拉出持续薄膜（图1a），并将其堆叠或环绕成SACNT-SF（图1c）。扫描电子显微镜（SEM）图像显示其具有显著的纳米众孔机闭（图1d），密度可低至2 kg m⁻³，并可通过压缩治疗。目前单层薄膜宽度已达550毫米，长度可达300米（图1g），闪现出优良的可扩展性。
正在隔热机能方面，仅0.6毫米厚的SACNT-SF即可优于3.5毫米厚的石墨毡（图2a）。尽管正在内部温度赶过2000°C时，5毫米厚的SACNT-SF外面面仍可徒手触摸（图2b）。该质料正在氛围中500°C以上会氧化，但正在真空或氩气处境中可安静劳动至2600°C以至3000°C，且不燃不烟，具有优良的安详机能（图2c）。热导率测试结果声明，SACNT-SF正在宽温区内均优于其他已知隔热质料（图2d,e）。
图2. SACNT-SF的隔热机能。 a) 0.6 mm厚的SACNT-SF比3.5 mm厚的石墨毡具有更好的隔热成就； b) 内部温度赶过2000°C时徒手触摸5 mm厚SACNT-SF外观的照片； c) SACNT-SF正在1000°C以上明火中不燃烧的照片； d) 线性坐标下SACNT-SF样品、、#5的有用热导率（红星）与其他TIMs的比照； e) 对数坐标下相仿数据的比照。
进一步的热转达机制剖析揭示（图3），其低热导率源于三大成分：固体骨架中纳米管之间的接触热阻、高消光系数对辐射的有用贬抑，以及纳米级孔径对气体导热的控制。更加是碳纳米管中的van Hove奇妙点巩固了红外辐射招揽，笼罩了从室温至2800°C的热辐射波段。气体导热模子也声明，纳米级纤维直径明显下降了气体分子的均匀自正在程，从而贬抑了气体导热（图3e–h）。
图3. TIM中的热转达模子。 a) SACNT-SF中通过CNTs的热转达示图谋； b) SACNT-SF样品； c) 固定固体体积分数 f并减小质料厚度以下降辐射传热的示图谋； d) 2000°C下差别 f值的石墨薄膜辐射热导率随（光学）厚度的转变； e) TIM中气体热导率与纤维直径的闭联； f) 差别纤维直径下气体热导率随压力的转变； g) 差别密度下SACNT-SF样品（点：实习数据；虚线：拟合结果）； h) 样品（点：实习数据；虚线：拟合结果）。
SACNT-SF还外示出优良的刻板机能与热安静性。其单层薄膜拉伸强度约为13 N m⁻¹，比强度高达640 MPa/(g cm⁻³)，正在2000°C下仍依旧一半强度。经310次热轮回后，热阻低落不敷5%，显示出优异的耐久性。
通过调剂质料密度和层间取向（图4），可进一步优化其隔热机能。比如，将相邻层间夹角调剂为90°可明显下降辐射传热。正在真空或氩气处境中，得当升高密度可同时贬抑气体和辐射导热，从而正在高温下达成更低的总热导率（图4e,f）。
图4. 晋升SACNT-SF隔热机能的伎俩。 a) 差别温度下SACNT-SF正在1 atm氩气中总热导率随固体体积分数f（或密度）的转变（点：实习数据；虚线：准备值）； b) 单层SACNT薄膜正在近红外波段两种偏振下的光学厚度； c) 依照(b)数据准备的差别角度下单层SACNT薄膜的Rosseland均匀消光系数； d) 线°C下SACNT-SF的热导率（虚线：准备值；实线：实习结果）； e) 真空中差别温度下热导率随 f（或密度）的转变； f) 1 atm氩气中热导率随 f（或密度）的转变。
综上所述，SACNT-SF依附其纳米机闭所带来的众重热转达贬抑机制，正在异常高温处境下闪现出卓着的隔热机能、柔性和安静性，为下一代热防护体例供给了强有力的质料候选。异日，通过外观重积氧化物、碳化物或氮化物等珍惜层，希望进一步拓展其正在富氧处境中的操纵前景。
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