摘要：随着全球能源危机和环境问题的加剧，热声绝缘材料在建筑节能、工业设备和交通工具等领域的应用显得尤为重要。这类材料不仅能够有效降低热量和声音的传播，还可显著提高能源利用效率和环境舒适性。传统热声绝缘材料（如玻璃棉、矿物棉和聚氨酯泡沫等）通常存在密度高、耐久性差或导
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武汉纺织大学熊思维副教授：可持续设计的二氧化硅/聚芳酯纳米纤维复合气凝胶用于先进的热声绝缘
随着全球能源危机和环境问题的加剧，热声绝缘材料在建筑节能、工业设备和交通工具等领域的应用显得尤为重要。这类材料不仅能够有效降低热量和声音的传播，还可显著提高能源利用效率和环境舒适性。传统热声绝缘材料（如玻璃棉、矿物棉和聚氨酯泡沫等）通常存在密度高、耐久性差或导热系数偏高等问题，难以满足现代化高效绝热降噪的需求。纳米纤维气凝胶凭借超低密度、高孔隙率和优异机械性能，在热声绝缘领域具有广泛应用潜力。然而，现有纳米纤维气凝胶因热声绝缘协同性差、制备复杂及环境不友好，难以满足需求。因此，开发工艺简单、性能优异且环境友好的纳米纤维气凝胶，成为该领域研究的关键方向。
图1：SiO2/PAR NCAs的制备工艺示意图。
近日，武汉纺织大学熊思维副教授在期刊《Composites Part A: Applied Science and Manufacturing》上，发表了最新研究成果“Sustainably designed SiO2/polyarylate nanofiber composite aerogels for advanced thermo-acoustic insulation”，论文第一作者为武汉纺织大学在读硕士蔡玉寒。研究通过冷冻干燥和热处理方法简便制得新型纳米纤维复合气凝胶（SiO2/PAR NCAs）。高长径比的聚芳酯（PAR）纳米纤维构建三维高孔隙网络，而二氧化硅中空微球（SiO2 HMs）通过其中空特性和界面阻尼作用降低热导率并增强声波耗散，实现了复合气凝胶优异的热声绝缘协同性。同时，PAR的可热塑加工性使SiO2 HMs与纤维热焊接，提升结构稳定性并简化回收过程。
图2：SiO2/PAR NCAs的热绝缘性能。
PAR纳米纤维构建的三维多孔网络形成了“纳米纤维-空气-纳米纤维”的低导热路径，引入SiO2 HMs后，两相间的模量差异引发显著的界面声子散射。这种多尺度界面协同散射机制导致复合材料在SiO2 HMs含量≤30 wt%时热导率持续下降，并在30 wt%时达到最小值0.018 W m⁻¹ K⁻¹，仅为商业聚氨酯热导率的24 %。将30 wt% SiO2/PAR NCAs置于100 ℃热台90 s后，其上表面较于室温状态仅升高22.5 ℃，置于- 4.5 ℃冷台90s后，其上表面温度较于室温状态仅降低6.6 ℃。
图3：SiO2/PAR NCAs的声绝缘性能。
当声波到达SiO2/PAR NCAs表面时，部分声波被反射，剩余部分进入材料内部。一方面，入射的声波会在孔隙间多次反射，并与空气产生粘性和摩擦，将声波能量转化为内能消散。同时，部分声波能够透射进入中空微球内部，并进行反射和摩擦使声波能量耗散。另一方面，SiO2/PAR NCAs的PAR纳米纤维骨架和散布的SiO2中空微球可以随着入射声波而振动，这将声波能量转换为PAR纳米纤维和SiO2中空微球振动的机械能，进一步耗散声波能量。当SiO2 HMs含量为30 wt%时，SiO2/PAR NCAs的声学性能也达到了最优水平，可以将声压级（SPL）从67.3 dB降低到53 dB，其平均吸声系数（SAC）为0.7048，降噪系数（NRC）为0.4276。
图4：SiO2/PAR NCAs的回收性能。
SiO2/PAR NCAs在制备过程中未加入粘合剂等其他材料，其组分较为单一，仅由SiO2 HMs和PAR NFs通过物理热粘合构成，不存在不可逆化学键合。同时，PAR NFs具有良好的机械性能和柔性，SiO2 HMs结构稳定。因此，SiO2/PAR NCAs能够通过物理方法重新分散组分并再生制备，符合当前绿色低碳的发展趋势。
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人物简介
熊思维，武汉纺织大学副教授，四川大学博士，硕士导师。已在Advanced Fiber Materials，Chemical Engineering Journal，Composites Science and Technology等期刊等国际期刊发表SCI论文20余篇，申请中国专利6项，授权1项，主持国家自然科学基金，湖北省自然科学基金、湖北省教育厅指导性项目等类科研项目8项，获得湖北省科技进步二等奖和三等奖各1项，中国纺织工业联合会科技进步奖1项，第十八届挑战杯全国一等奖1项，第十八届挑战杯湖北赛区特等奖1项。
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来源：晓加说科技