8 月 31 日消息，一支中國科研團隊成功研發出一種基於碳納米管的新型薄膜材料，其耐高溫極限可達 4712 華氏度（即 2600 攝氏度）。這種新材料具備規模化應用潛力，未來有望成為航空航太、能源及其他高溫工業領域的關鍵隔熱材料。

據記者瞭解，在航天器重返地球大氣層、高超音速飛行器飛行，或是反應堆高溫運行等場景中，設備往往要承受遠超熔岩溫度的極端熱量。而現有隔熱材料大多在 2732 華氏度（即 1500 攝氏度）以上就會失效，如何解決這一隔熱難題一直是行業挑戰。

儘管部分材料能在高溫環境下勉強使用，但普遍存在導熱率過高的問題。尤其在超高溫條件下，以光（光子）為載體的熱輻射會成為熱量傳遞的主要形式，而這也是最難阻隔的傳熱途徑。

因此，多年來科研人員始終致力於研發一種“理想隔熱材料”：既要能同時阻斷固體傳導、氣體傳導和熱輻射三種傳熱方式，又需具備耐極端高溫、輕量化、結構穩定等特性。

如今，清華大學的研究團隊據稱已實現這一目標 —— 他們利用超定向碳納米管薄膜（SACNT-SF）製備出了這種新型隔熱材料。團隊介紹，該材料的製備首先要培育垂直排列的碳納米管陣列。

獲得碳納米管陣列後，研究人員像“抽絲”一樣從中拉取出薄片，再通過堆疊或纏繞的方式將這些薄片製成多層結構，最終形成一種超輕、多孔的碳納米管複合材料。

團隊研究發現，這種設計巧妙的材料能有效削弱所有形式的熱傳遞：

固體傳導方面：雖然碳納米管本身導熱性能優異，但在該材料中，熱量需垂直穿過多層結構而非沿碳納米管方向傳遞。由於單根碳納米管直徑僅 10-20 納米，且材料內部存在大量空隙，熱量傳遞的載體 —— 聲子（振動能量粒子）可傳播的路徑極少，從而大幅降低固體導熱率。

氣體傳導方面：材料內部的孔隙尺寸極小，氣體分子難以在其中自由移動或發生碰撞（即“克努森效應”）。分子只能在孔隙內不斷反彈並消耗能量，使得氣體傳熱作用大幅減弱。

熱輻射方面：碳納米管本身具備出色的紅外光吸收與散射能力，其內部電子結構（範霍夫奇點）能與熱光子產生強烈相互作用。研究團隊進一步通過調整各層薄膜的堆疊角度，使熱輻射的阻隔效果更優。

測試數據顯示，這種新型材料在室溫下的熱導率僅為 0.004 瓦 /（米・開爾文），即便在 2600 攝氏度的超高溫下，熱導率也僅為 0.03 瓦 /（米・開爾文）。

對比來看，常用的高溫隔熱材料石墨氈在相同高溫下的熱導率高達 1.6 瓦 /（米・開爾文），由此可見新型碳納米管材料的隔熱性能顯著更優。

此外，該材料還具備出色的穩定性：在室溫與 3632 華氏度（即 2000 攝氏度）之間反復迴圈 310 次後，其性能僅下降 5%。同時，材料密度僅為 5-100 千克 / 立方米，輕量化優勢明顯。

值得一提的是，這種碳納米管材料還具有良好的柔韌性，可貼合不規則形狀物體表面。目前團隊已實現寬度達 550 毫米的薄膜規模化生產，未來有望進一步製備出數百米長的卷材。

該材料或將成為多個高溫行業的“變革者”。在航空航太領域，它可用於航天器、高超音速飛行器及噴氣發動機的隔熱；在能源領域，核聚變反應堆、核電站也能借助其提升安全性能；此外，它還可應用於窯爐、熔爐等極端製造場景，以及對體積和重量要求嚴苛的電子設備中。

研究團隊表示，下一步計畫為材料添加防護塗層，使其能在開放空氣環境中使用而不發生氧化，進一步拓展其應用範圍。

來源：中國IT之家