面对新能源汽车轻量化与安全性的双重挑战，如何突破传统材料局限，研发出轻质化、高效能、低成本的新型隔热材料？

日前，在南京举行的中国青年科技工作者协会2026年度学术交流活动暨“青科杯”新材料领域专项赛上，南京工业大学材料科学与工程学院副教授吴晓栋团队给出了他们的答案——凭借“超薄高绝热低成本气凝胶隔热片创制”项目成果，从全国27个省市的387支队伍中脱颖而出，斩获全国第二名。

同时击破三大行业痛点

气凝胶被誉为“改变世界的神奇材料”，因其高达99%的空气占比，是目前已知导热系数最低的固体材料，在航空航天、石油化工及新能源电池热防护中应用广泛。然而，长期以来，传统气凝胶隔热片却面临着三大行业痛点：一是厚度难破1.5毫米极限，挤占了电池宝贵空间；二是隔热温差不足500℃，难以有效阻隔热失控蔓延；三是因依赖昂贵的乙醇溶剂和繁琐的封装工艺，导致成本居高不下。

针对这些“卡脖子”难题，吴晓栋和团队历经数年攻关，在“超薄、高绝热、低成本”三个维度首次同时实现核心突破。“就像给电池穿上一件既轻便又防火还便宜的‘贴身铠甲’。”吴晓栋比喻道。

如何实现这“不可能三角”的兼顾？团队首先拿出了独创的“接枝改性”技术。这就好比给原本僵硬的硅基分子“修剪枝叶”，通过化学手段控制其“伸出”的手臂数量，使其从刚性的颗粒结构转变为柔韧的“韧带”结构。这一招不仅解决了气凝胶易掉粉的行业通病，更让其具备了极强的柔韧性，成功攻克了超薄易碎难题，研制出0.3毫米的中试产品，实验室已达0.1毫米，未来甚至能像卷材一样缠绕在圆柱电池上。

在高绝热性能上，团队将气孔精准锁定在16纳米左右。“这相当于把空气分子关进了‘迷你牢笼’。”吴晓栋解释道，通过限制空气分子的自由碰撞，并结合陶瓷纤维的“挡板效应”阻挡热辐射，材料的热导率被降到极低。实测显示，2毫米气凝胶隔热片热面温度为675℃时，其背温仅171℃，温差超500℃，远超行业标准。

而在成本控制上，团队则打出了“水替乙醇”和“免封装”的组合拳。用水基溶剂替代昂贵的乙醇，并结合免封装工艺，使得成本降低10%到15%，让气凝胶的大规模民用成为可能。

从“透明玻璃”到电池“防火墙”的灵感跃迁

这项突破性成果的背后，竟源于一次“美丽的意外”。

团队最初的研发目标并非电池隔热，而是致力于开发超级透明气凝胶玻璃，旨在实现北方严寒地区建筑的“透光不透热”。虽然小样透光率极佳，但在放大生产中良率骤降，限制了其规模化应用。

“当时测试隔热性能时，发现该材料配方经过微调整竟在高温防护中表现出色！”吴晓栋回忆道，这一偶然发现让团队敏锐地捕捉到可以用在新能源汽车热失控防护上，从而研发出这款超薄高绝热低成本气凝胶隔热片。

事实上，自2013年进入沈晓冬、崔升教授课题组攻读硕士起，吴晓栋便锚定气凝胶领域深耕不辍。从最初的铝硅气凝胶追求耐温性，到后来探索氮化硅、碳化硅等陶瓷体系，再到如今的有机无机杂化体系，他一直在“高温耐温”与“柔性力学”的平衡中不断探索。十多年来，他尝试了颗粒状、韧带状乃至纤维状等多种结构，只为寻找性能最优的解法，不断实现气凝胶材料性能的跃升。

实验室到产业化的“临门一脚”

“我们的目标从来不是单一场景的应用。”吴晓栋强调，“这款隔热片的技术内核，不仅能给电池当‘防火墙’，还能在石油化工的管道保温、储能电站的电池簇隔离，甚至建筑的墙体隔热中发挥关键作用——只要是需要‘隔热+轻便+低成本’的场景，它基本都能适配。”目前，团队已与南京江北新区签署合作协议，成为18个落地项目之一，加速从实验室走向生产线。

尽管中试成功，产业化之路仍有挑战。吴晓栋坦言：“水性凝胶转纯凝胶的规模化置换工艺，还需在产线验证。”团队正规划年产1万立方米的首期产线，预计设备投入超3000万元。

未来，团队将延续“耐温性+力学性能”双轨研发策略，瞄准航天、国防等尖端场景，向2000℃超高温抗烧蚀气凝胶进军。

2026年5月17日《科学网》：https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2026/5/564786.shtm