在航空航天、工业高温设备等领域，高性能隔热材料的研发一直是热点与难点。《Journal of the European Ceramic Society》发表的最新研究中，成功制备出具有定向蜂窝状结构的轻质高强硅氧碳(SiOC)陶瓷气凝胶，为高温隔热材料的发展提供了新思路。
一、核心创新点：定向蜂窝结构设计，构筑高效隔热骨架
研究团队以聚甲基氢硅氧烷（PHMS）为前驱体、四乙烯基环四硅氧烷（D4Vi）为交联剂，通过溶剂热反应、冷冻铸造/干燥及热解工艺，制备出具有定向蜂窝状多孔结构的SiOC 气凝胶。
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结构形成机制：冷冻铸造过程中，环己烷冰晶的定向生长诱导前驱体溶液组装形成规则的蜂窝状孔道，孔径分布均匀（20-100 μm），且孔壁致密（厚度约 5 μm），这种结构既保证了材料的低密度（0.087-0.091 g/cm³），又赋予其优异的抗压强度（0.30-0.34 MPa）。 -
设计优势：相较于传统SiOC 气凝胶的 “珍珠链” 结构，定向蜂窝结构显著减少了热传导路径，有效降低热导率（0.051-0.057 W・m⁻¹・K⁻¹），接近二氧化硅气凝胶的理论极限。
二、性能突破：轻质、耐高温、抗氧化，多维度性能优异
2.1 轻质高强与隔热性能
-密度低至0.087 g/cm³，仅为传统陶瓷的 1/10~1/5，接近空气密度（0.089 g/cm³），满足轻量化需求。
-室温热导率0.051-0.057 W・m⁻¹・K⁻¹，低于多数多孔陶瓷（如硅藻土陶瓷），与气凝胶隔热性能相当，可有效阻隔高温环境下的热传递。
2.2 高温稳定性与抗氧化性
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热稳定性：1400℃氩气环境下处理 2 小时，材料尺寸收缩仅 3%-4%，孔结构保持完整，密度微降至 0.073-0.077 g/cm³，热导率仅上升至0.070-0.075 W・m⁻¹・K⁻¹。
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抗氧化性：800℃空气中处理 2 小时后，SiOC-1 样品抗压强度保持 0.24 MPa，热导率低至 0.050 W・m⁻¹・K⁻¹，显著优于传统氧化锆（ZrO₂）气凝胶。
三、机理分析：从分子结构到宏观性能的内在关联
3.1化学结构转变
通过FT-IR 和 XPS 分析，前驱体中的 Si-H、C=C 键在热解过程中转化为 Si-O-Si、Si-C 键，形成稳定的无机 SiOC 网络，同时释放少量自由碳，优化了材料的共价键强度与耐高温性能。
XRD 与拉曼光谱显示，1400℃处理后生成 β-SiC 晶相，晶相的形成进一步增强了材料的高温结构稳定性。
3.2孔结构与性能协同效应
-定向蜂窝孔道减少了气体热传导路径，而致密孔壁抑制了固体热传导，二者结合实现了“隔热-强度” 平衡。冷冻铸造过程中控制前驱体浓度（PSO 仅4%），是获得超低密度与高孔隙率（92.95%）的关键。
四、总结与展望：开启高温隔热材料新方向
这项研究通过结构设计- 性能调控 - 机理解析的全链条创新，制备出兼具轻质、隔热、耐高温的SiOC 陶瓷气凝胶，突破了传统氧化物气凝胶的使用温度限制（如 SiO₂气凝胶仅650℃稳定），在以下领域展现广阔应用前景：
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航空航天：飞行器热防护系统，减轻重量并提升高温耐久性；
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工业节能：高温炉窑隔热层，降低能耗与设备维护成本；
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绿色建材：轻质高温墙体材料，推动低碳建筑发展。
未来，随着定向多孔陶瓷气凝胶制备技术的优化与产业化推进，该材料有望成为高温隔热领域的“核心材料”，为我国高端装备制造与绿色工业发展提供关键支撑。
科研启示：定向冷冻铸造与前驱体分子设计的结合，为多孔陶瓷气凝胶的结构功能一体化提供了普适性思路，值得在建筑材料领域进一步探索其工程应用潜力。
论文来源：hu W, Wang H, Ji H, et al. Lightweight aerogel-like silicon oxycarbide ceramics with directionally honeycomb-like structure for high temperature environments[J]. Journal of the European Ceramic Society, 2024, 44: 4027-4035.