近日，中國科學院金屬研究所熱結構復合材料團隊采用高壓輔助固化-常壓干燥技術，通過基體微結構控制、纖維-基體協同收縮、原位界面反應制備出耐超高溫隔熱-承載一體化輕質碳基復合材料。相關成果于近日在線發表在ACS Nano上。

輕質碳基復合材料表現出優異的承載能力、抗剪切能力以及大尺寸成型能力

碳氣凝膠（CAs）因其優異的熱穩定性和熱絕緣性，有望成為新一代先進超高溫輕質熱防護系統設計的突破性解決方案。然而，CAs高孔隙以及珠鏈狀顆粒搭接的三維網絡結構致使其強度低、脆性大、大尺寸塊體制備難，限制了其實際應用。國內外普遍采用碳纖維或陶瓷纖維作為增強體，以期提升CAs的強韌性及大尺寸成型能力。然而，由于碳纖維或陶瓷纖維與有機前驅體氣凝膠炭化收縮嚴重不匹配，導致復合材料出現開裂甚至分層等問題，使材料的力學和隔熱性能顯著下降。目前，發展耐超高溫、高效隔熱、高強韌的CAs材料及其大尺寸可控制備技術仍面臨巨大挑戰。

近年來，研究團隊相繼發展了溶膠凝膠-水相常壓干燥（小分子單體為反應原料）、高壓輔助固化-常壓干燥（線性高分子樹脂為反應原料）2項CAs制備技術。為了實現前驅體有機氣凝膠和增強體的協同收縮，該團隊設計了一種超低密度碳-有機混雜纖維增強體，其碳纖維盤旋扭曲呈“螺旋狀”，有機纖維具有空心結構，單絲相互交叉呈“三維網狀”，賦予其優異的超彈性。在此基礎上，該團隊以工業酚醛樹脂為前驅體，采用高沸點醇類為造孔劑并輔以高壓固化，促使有機網絡的均勻生長及大接觸頸、層次孔的生成，實現了骨架本征強度的提升，同時采用與前驅體有機氣凝膠匹配性好的酚醛纖維作為增強體，通過纖維/基體界面原位反應，實現了炭化過程中基體和纖維的協同收縮及纖維/基體界面強的化學結合，最終獲得了大尺寸、無裂紋的碳纖維增強類CAs復合材料。

來源：中科院金屬研究所