近日，江西省颗粒系统仿真与模拟重点实验室青年教师张思钊、熊仕显、肖芸芸等在航空航天材料领域取得新进展。相关成果以“Nanoporous Polybenzoxazine Aerogels for Thermally Insulating and Self-Extinguishing Materials in Aerospace Applications”为题，于7月23日在美国化学会期刊ACS Applied Nano Materials上正式在线出版（论文链接：https://doi.org/10.1021/acsanm.1c01253）。这项工作不仅证明了一种潜在可能的热防护材料，而且提出了通过调控溶剂与网络骨架间相互作用的同时优化隔热性能及其自熄性能的方案, 为发展具有实际应用潜力的临近空间飞行器热防护材料提供了新思路。
热防护技术作为空间任务飞行器亟待解决的关键核心技术之一，是飞行器面向工程实际应用时一个无法回避且必须突破的难题。因此，迫切需求一种兼具低密度轻质、高效隔热、自熄阻燃、高强度等特点的新型热防护材料。
针对上述关键问题，研究团队通过调控溶胶凝胶所浸溶剂与聚合物网络骨架间的交互作用，采用低成本的常压干燥方法设计合成了一种轻质、纳米多孔、自熄阻燃、隔热绝缘、易加工成型的聚苯并噁嗪气凝胶材料（见图1和图2）。该材料在1200℃的严酷火焰温度下，可呈现触火燃烧和离火自熄的优良特性；单面加热测试数据表明，当热面温度为65.8℃时，即使经过400 s的持续加热过程，其冷面温度依然可保持在36.4℃，加热全过程结束后的温升仅为0.6℃；压缩性能测试证实材料具有高强度的力学特性，并间接反映了其良好的抗压能力和抗剪切能力；同时所得材料还具有易加工成型的特点，有望满足航空航天领域对大尺寸复杂异形结构件工程化应用的现实需求。
图1 PBO气凝胶的隔热性能考核及其离火自熄性能实验
图2 PBO气凝胶的化学组成、样品、微观结构及其隔热/自熄性能测试
论文的第一作者为重点实验室青年教师熊仕显，第二作者为重点实验室2019级硕士研究生杨越，青年教师肖芸芸为重要合作作者，通讯作者为重点实验室青年教师张思钊。本工作的开展得到了江西省自然科学基金、中国博士后科学基金面上资助等项目的支持。
论文信息：
Shixian Xiong, Yue Yang, Sizhao Zhang,* Yunyun Xiao, Hui Ji, Zhouyuan Yang, and Feng Ding. Nanoporous Polybenzoxazine Aerogels for Thermally Insulating and Self-Extinguishing Materials in Aerospace Applications. ACS Applied Nano Materials, 2021, 4, 7280-7288.
原文链接：
https://doi.org/10.1021/acsanm.1c01253
