近日，中國航天科工集團(tuán)三院306所（簡稱306所）喜獲國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局“中國專利獎(jiǎng)優(yōu)秀獎(jiǎng)”，獲獎(jiǎng)專利為“一種多組元?dú)饽z復(fù)合材料及其制備方法”。該獎(jiǎng)項(xiàng)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(jié)構(gòu)的輕質(zhì)材料，被科學(xué)界譽(yù)為“改變世界的神奇材料”。其特殊的結(jié)構(gòu)為其帶來了獨(dú)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(dá)到1000平方米，使得該材料的熱導(dǎo)率為靜止空氣的一半，是目前已知熱導(dǎo)率最低的隔熱材料。僅需不到傳統(tǒng)材料一半厚度的氣凝膠材料即可達(dá)到同樣的隔熱保溫效果。但是，由于制備技術(shù)難度大，氣凝膠材料最初僅在宇航等特殊領(lǐng)域中得到應(yīng)用，如美國星塵號(hào)飛船用該材料收集彗星塵埃、俄羅斯和平號(hào)空間站和美國探路者火星探測(cè)器將其用于隔熱等。
 

    為了滿足我國新一代武器裝備對(duì)高性能隔熱復(fù)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(jié)構(gòu)的探索，到制備規(guī)律的研究，直至掌握氣凝膠復(fù)合材料工程化應(yīng)用技術(shù)。歷經(jīng)十余年的不懈努力，該所氣凝膠材料技術(shù)厚積薄發(fā)，取得了重要的突破，研制開發(fā)出使用溫域覆蓋-100℃至2500℃的系列化、規(guī)模化的氣凝膠材料產(chǎn)品，并可根據(jù)客戶需求對(duì)材料性能進(jìn)行調(diào)控定制，不但解決了我國多個(gè)新型武器裝備型號(hào)的關(guān)鍵材料問題，也在民用領(lǐng)域獲得了推廣應(yīng)用。

    306所的氣凝膠相關(guān)產(chǎn)品按照形態(tài)和用途分為氣凝膠構(gòu)件、柔性氈、柔性布三大類。氣凝膠構(gòu)件一般是針對(duì)特定的使用需求，通過精細(xì)化設(shè)計(jì)并制備出來的。科研人員通過調(diào)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(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，使構(gòu)件具備最優(yōu)的綜合性能。例如，加入抗紅外輻射劑，優(yōu)選合適的增強(qiáng)纖維，使構(gòu)件具有耐高溫、隔熱性能穩(wěn)定、可機(jī)械加工等優(yōu)點(diǎn)；采用特殊的表面處理技術(shù)和高溫后處理工藝，使材料的強(qiáng)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(gòu)件已成功應(yīng)用于國防裝備領(lǐng)域，推動(dòng)了相關(guān)裝備的升級(jí)換代。

    在氣凝膠構(gòu)件技術(shù)的基礎(chǔ)上，科研人員深入開展低成本技術(shù)研究，開發(fā)出了氣凝膠柔性氈產(chǎn)品。該產(chǎn)品具有隔熱性能優(yōu)異、厚度可控、柔性好等優(yōu)點(diǎn)，可以連續(xù)化批量生產(chǎn)。產(chǎn)品的幅寬可達(dá)1.5米，長度幾十至數(shù)百米不等。在相同成本條件下，其隔熱保溫性能優(yōu)于傳統(tǒng)材料60%以上。該產(chǎn)品已經(jīng)應(yīng)用于熱力管路、高速鐵路車廂、大型艦船等保溫領(lǐng)域，未來有望推動(dòng)建筑節(jié)能、石油化工管道保溫、高溫爐體隔熱保溫等民用領(lǐng)域傳統(tǒng)隔熱材料的升級(jí)換代。

    創(chuàng)新無止境。通過對(duì)隔熱型氣凝膠技術(shù)進(jìn)行功能拓展和材料改性，科研人員又開發(fā)出氣凝膠柔性布這一創(chuàng)新產(chǎn)品。據(jù)該所氣凝膠專業(yè)學(xué)術(shù)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(dǎo)率極低、柔韌性優(yōu)異、平整度高、疏水透氣性和易用性良好等特點(diǎn)，適用于保暖服裝、鞋帽、帳篷等戶外用品和高溫電子電器產(chǎn)品”。目前，306所已經(jīng)完成了氣凝膠柔性布的中試生產(chǎn)以及氣凝膠保溫鞋的試制和初步推廣，經(jīng)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(tǒng)冬靴具有顯著優(yōu)勢(shì)。
 

    此外，306所還針對(duì)衛(wèi)星和高速飛行器的熱控需求，開發(fā)了一系列具有溫度可調(diào)、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(shí)儲(chǔ)存起來，而在低于其相變溫度時(shí)釋放出來加以利用的儲(chǔ)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(zhuǎn)化過程中會(huì)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(jié)合起來，制備出既保溫又調(diào)溫的產(chǎn)品，大大提升了上述材料在建筑、戶外、電子、低溫等領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值。不久前，該所還推出了采用高焓值高熱導(dǎo)率相變材料的智能調(diào)溫杯等產(chǎn)品。

    為了支撐氣凝膠工程化技術(shù)研究，306所持續(xù)推進(jìn)氣凝膠生產(chǎn)條件建設(shè)。目前已建成亞洲最大的3500升超臨界二氧化碳干燥設(shè)備平臺(tái)；還陸續(xù)建成了高低溫?zé)嵛锢硇阅堋⒘W(xué)性能、耐環(huán)境性能等試驗(yàn)研究和性能評(píng)測(cè)能力。從而具備了從材料基礎(chǔ)研究、隔熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品工程研制、批生產(chǎn)到試驗(yàn)評(píng)價(jià)的綜合能力，能夠滿足客戶各種層次的需求。

    為了推進(jìn)氣凝膠產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，在國家發(fā)改委、財(cái)政部和鎮(zhèn)江市政府等的大力支持下，306所在鎮(zhèn)江建成了民用低成本氣凝膠材料生產(chǎn)線，可以批量制備大尺寸、不同規(guī)格、性能可調(diào)的高檔氣凝膠保溫氈、柔性氣凝膠布料等產(chǎn)品，已具備年產(chǎn)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(chǎn)能。

責(zé)任編輯：李玲珊

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