近日，中國航天科工集團三院306所（簡稱306所）喜獲國家知識產權局“中國專利獎優秀獎”，獲獎專利為“一種多組元氣凝膠復合材料及其制備方法”。該獎項是306所科研人員長期不懈探索取得的又一成果。

    氣凝膠是一種具有納米孔結構的輕質材料，被科學界譽為“改變世界的神奇材料”。其特殊的結構為其帶來了獨特的性能：首先是密度極低，甚至可以比同體積的空氣更輕；其次是高孔隙率帶來的高比表面積，即1克氣凝膠的表面展開面積可達到1000平方米，使得該材料的熱導率為靜止空氣的一半，是目前已知熱導率最低的隔熱材料。僅需不到傳統材料一半厚度的氣凝膠材料即可達到同樣的隔熱保溫效果。但是，由于制備技術難度大，氣凝膠材料最初僅在宇航等特殊領域中得到應用，如美國星塵號飛船用該材料收集彗星塵埃、俄羅斯和平號空間站和美國探路者火星探測器將其用于隔熱等。
 

    為了滿足我國新一代武器裝備對高性能隔熱復合材料的需求，306所科研人員開展了氣凝膠材料的研究。從材料微觀結構的探索，到制備規律的研究，直至掌握氣凝膠復合材料工程化應用技術。歷經十余年的不懈努力，該所氣凝膠材料技術厚積薄發，取得了重要的突破，研制開發出使用溫域覆蓋-100℃至2500℃的系列化、規模化的氣凝膠材料產品，并可根據客戶需求對材料性能進行調控定制，不但解決了我國多個新型武器裝備型號的關鍵材料問題，也在民用領域獲得了推廣應用。

    306所的氣凝膠相關產品按照形態和用途分為氣凝膠構件、柔性氈、柔性布三大類。氣凝膠構件一般是針對特定的使用需求，通過精細化設計并制備出來的。科研人員通過調整配方及工藝，綜合平衡材料的隔熱性能、密度、可操作性、尺寸精度等各項技術指標，使構件具備最優的綜合性能。例如，加入抗紅外輻射劑，優選合適的增強纖維，使構件具有耐高溫、隔熱性能穩定、可機械加工等優點；采用特殊的表面處理技術和高溫后處理工藝，使材料的強度滿足精加工的要求，提高其抗高速氣流沖刷的能力。這些不同功能的構件已成功應用于國防裝備領域，推動了相關裝備的升級換代。

    在氣凝膠構件技術的基礎上，科研人員深入開展低成本技術研究，開發出了氣凝膠柔性氈產品。該產品具有隔熱性能優異、厚度可控、柔性好等優點，可以連續化批量生產。產品的幅寬可達1.5米，長度幾十至數百米不等。在相同成本條件下，其隔熱保溫性能優于傳統材料60%以上。該產品已經應用于熱力管路、高速鐵路車廂、大型艦船等保溫領域，未來有望推動建筑節能、石油化工管道保溫、高溫爐體隔熱保溫等民用領域傳統隔熱材料的升級換代。

    創新無止境。通過對隔熱型氣凝膠技術進行功能拓展和材料改性，科研人員又開發出氣凝膠柔性布這一創新產品。據該所氣凝膠專業學術帶頭人趙英民介紹，“氣凝膠柔性布是一種新型面料，具有重量輕、熱導率極低、柔韌性優異、平整度高、疏水透氣性和易用性良好等特點，適用于保暖服裝、鞋帽、帳篷等戶外用品和高溫電子電器產品”。目前，306所已經完成了氣凝膠柔性布的中試生產以及氣凝膠保溫鞋的試制和初步推廣，經過試穿，用戶反饋氣凝膠保溫鞋在保暖、輕便、舒適等方面較傳統冬靴具有顯著優勢。
 

    此外，306所還針對衛星和高速飛行器的熱控需求，開發了一系列具有溫度可調、相變吸熱量大的高性能相變材料。相變材料是可將一定形式的能量在高于其相變溫度時儲存起來，而在低于其相變溫度時釋放出來加以利用的儲能材料，如我們常見的水就是典型的相變材料，在冰與水的轉化過程中會吸收或放出大量的熱。科研人員將相變材料與氣凝膠材料結合起來，制備出既保溫又調溫的產品，大大提升了上述材料在建筑、戶外、電子、低溫等領域的應用價值。不久前，該所還推出了采用高焓值高熱導率相變材料的智能調溫杯等產品。

    為了支撐氣凝膠工程化技術研究，306所持續推進氣凝膠生產條件建設。目前已建成亞洲最大的3500升超臨界二氧化碳干燥設備平臺；還陸續建成了高低溫熱物理性能、力學性能、耐環境性能等試驗研究和性能評測能力。從而具備了從材料基礎研究、隔熱結構設計、產品工程研制、批生產到試驗評價的綜合能力，能夠滿足客戶各種層次的需求。

    為了推進氣凝膠產業化進程，在國家發改委、財政部和鎮江市政府等的大力支持下，306所在鎮江建成了民用低成本氣凝膠材料生產線，可以批量制備大尺寸、不同規格、性能可調的高檔氣凝膠保溫氈、柔性氣凝膠布料等產品，已具備年產4萬立方米氣凝膠柔性氈和50萬平方米氣凝膠柔性布的產能。

責任編輯：李玲珊

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