科学网—郑州航空工业管理学院宋礼猛等人联合六家单位发表新综述：用于隔热和电磁波吸收的SiC气凝胶材料最新研究进展-清华大学出版社学术期刊的博文

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2026-5-26 10:35

| 个人分类: JAC | 系统分类: 论文交流

原文出自 Journal of Advanced Ceramics ( 先进陶瓷 ) 期刊

Cite this article:

Song L. M., Hu F. Y., Wang H. G. et al. Advances in SiC aerogel materials for thermal insulation and electromagnetic wave absorption. Journal of Advanced Ceramics , 2026, 15: 9221316. https://doi.org/10.26599/JAC.2026.9221316

文章 DOI ： 10.26599/JAC.2026.9221316

ResearchGate ： Advances in SiC aerogel materials for thermal insulation and electromagnetic wave absorption

基金支持： 本研究获得了国家自然科学基金（ (52502079 和 52503085 ）和中国博士后科学基金的支持（ 2024M760816 ）。

一、 导读

极端环境下的热管理与电磁波控制是航空航天、高超音速飞行器等领域面临的重大挑战。传统气凝胶材料要么高温稳定性不足，要么抗氧化性差，难以同时满足轻量化、耐高温、隔热和电磁吸波等多重需求。针对这一瓶颈，郑州航空工业管理学院宋礼猛等研究人员，在 Journal of Advanced Ceramics 发表综述文章，系统总结了 SiC 气凝胶在热绝缘和电磁波吸收方面的最新研究进展，揭示了其微观结构与性能之间的内在关联，为多功能一体化材料的设计提供了理论框架。

图 1. SiC 气凝胶的制备方法及其结构功能一体化

二、 研究背景

高超音速飞行器再入大气层时面临超过 1000°C 的气动加热，同时需要应对日益复杂的电磁环境。传统氧化物气凝胶（如 SiO 2 ）在 800°C 以上会发生烧结和相变，隔热性能急剧下降；而碳基气凝胶在空气中约 400°C 即开始氧化失效。 SiC 作为一种超高温陶瓷，熔点高达 2700°C ，在空气中可稳定服役至 1000–1200°C ，表面形成的致密 SiO 2 层赋予其优异的抗氧化能力。将 SiC 的本征优势与气凝胶的三维纳米多孔结构相结合，可望突破传统材料的性能极限，实现极端环境下隔热与吸波功能的一体化集成。

图 2. SiC 气凝胶的加工策略、结构体系、性能和多功能应用场景的示意图

三、文章亮点

（ 1 ）微结构设计可实现超低热导率

通过构筑分级孔结构、仿生层状构型及三维纳米纤维网络， SiC 气凝胶的热导率可低至 0.018 W/(m·K) ，远低于静态空气。 ZrC/SiBCN 气凝胶在 1800°C 热处理后热导率仅轻微上升至 0.029 W/(m·K) ，展现出优异的高温热稳定性。

（ 2 ）多组分复合策略增强吸波性能

将 SiC 与碳材料、 MXene 、磁性纳米粒子复合，构建丰富的异质界面，有效调控介电常数与磁导率，实现阻抗匹配与损耗能力的协同优化。 Ti 3 C 2 T x /SiC 复合气凝胶在 1.25 mm 厚度下有效吸收带宽达 9.5 GHz ，覆盖 Ku 波段绝大部分频率。

（ 3 ）多尺度结构工程集成多功能

核壳结构、中空结构及梯度多层设计显著增强了界面极化和多重反射效应。 SiC@SiO 2 核壳纳米电缆气凝胶在 3.5 mm 厚度下有效吸收带宽达 10.2 GHz ，同时室温热导率仅 0.035 W/(m·K) ，展示了隔热与吸波性能的协同增强。

（ 4 ）宏观构型设计推动实际应用

仿生多层交替结构、夹芯构型及超材料设计实现了雷达 - 红外兼容隐身功能。交替多层 Si 3 N 4 /SiC 气凝胶在 1000°C 高温下背面温度稳定在 300°C 左右，同时保持宽频电磁吸波性能，为高超声速飞行器热防护提供了新方案。

四、研究结果及结论

该综述系统梳理了 SiC 气凝胶的制备策略、热绝缘机理、电磁波吸收机制及多功能协同设计原则。制备方法方面，溶胶 - 凝胶结合碳热还原法、化学气相沉积 / 渗透法、模板法及前驱体转化法各有优劣，需根据应用需求选择。热绝缘机理方面， SiC 气凝胶通过三维纳米网络抑制固态热传导、亚临界孔径限制气体对流、宽禁带半导体特性实现红外辐射自衰减，三者协同构筑了 “ 三重热屏障 ” 。电磁波吸收方面， SiC 的适度电导率提供介电损耗，三维多孔网络优化阻抗匹配并增强多重散射，异质界面极化进一步提升能量耗散效率。

图 3. SiC 气凝胶的结构和性能

在协同增强策略上，通过构建分级孔结构、核壳构型及中空结构，引入碳材料、 MXene 或磁性组分，以及设计多层或梯度宏观构型，可在保持超低热导率的同时显著提升电磁波吸收性能。当前 SiC 气凝胶已实现室温至 1800°C 宽温域稳定服役， RLmin 可达 -68 dB ，有效吸收带宽覆盖 2–18 GHz 主要频段。

图 4. SiC 气凝胶的电磁波吸收可设计性

尽管前景广阔， SiC 气凝胶仍面临制备成本高、微结构均匀性控制难、长期服役稳定性待验证等挑战。未来研究应聚焦于发展低成本规模化制备技术、阐明高温多场耦合下的结构演化规律、建立标准化的性能评价体系，推动该材料从实验室走向工程应用。

图 5. SiC 气凝胶面向应用的性能优化

五、作者及研究团队简介

宋礼猛（第一作者） ，郑州航空工业管理学院，主持国家自然科学基金青年基金、博士后面上基金、河南省青年托举、河南省科技攻关等项目 10 余项；获得绿色矿山科技进步一等奖、河南省航空航天青年科技进步一等奖、河南省优秀博士论文等多项奖项和荣誉；累计发表学术论文 30 余篇，其中 ESI 高被引论文 7 篇、热点论文 5 篇，总被引 1700 余次，单篇最高引用 390 次， H 指数为 17 。

胡飞越（通讯作者） ，东南大学博士研究生，主要研究方向为 MAX 相陶瓷及其低维衍生物（金属晶须与 MXene ）的可控构筑与电磁防护功能。主持东南大学博士研究生创新能力提升计划 B 类及 C 类项目各 1 项。近五年以第一 / 通讯作者在 Matter, Nano-Micro Letters, Advanced Science, Journal of Advanced Ceramics, Carbon Energy 等国际期刊发表 SCI 论文 12 篇，并以共同作者发表论文 20 余篇，其中 ESI 高被引论文 6 篇、热点论文 4 篇， Google Scholar 累计引用超过 1200 次， H 指数为 16 。曾获博士生国家奖学金、省级优秀学位论文、江苏省自然科学百篇优秀学术成果论文奖、河南省航空航天青年科技进步一等奖等荣誉。

王华高（通讯作者） ，河南省科学院，研究方向为轻质高强纳米复合材料的设计构筑及功能化应用（导热、电磁屏蔽及微波吸收等）。主持国家自然科学基金青年科学基金（ C 类）等项目，获得河南省航空航天青年科技进步一等奖等荣誉，以第一作者或通讯作者在 Angewandte Chemie International Edition 等国际期刊上发表 SCI 论文 10 余篇，论文总被引 3500 余次， H 因子 19 。

陈勇强（通讯作者） ，郑州大学，从事先进陶瓷及耐火材料的应用基础研究，在连铸用耐火材料的低碳化调控、高温窑具的结构功能一体化设计、微波烧结高技术陶瓷的热场调控、电磁场与陶瓷材料相互作用机理等方面做出了创新性成果。近五年以第一及通讯作者发表 SCI 论文 12 篇。授权发明专利 7 项。获得中国建材联合会基础研究二等奖 1 项。

张锐（通讯作者） ，河南省科学院，国务院特殊津贴专家，教育部新世纪优秀人才，中原千人基础研究领军人才，河南省科技创新杰出人才，教育部材料类专业教学指导委员会委员，中国硅酸盐学会理事。主持国家自然科学基金委项目 7 项，教育部新世纪人才、河南省杰出人才、河南省杰出青年基金等科研项目 40 多项；在国内外知名刊物上发表论文 310 余篇，其中 ESI 高被引 12 篇， 2016-2019 年连续四年英国皇家化学会全球 Top 1% 高被引中国作者；授权发明专利 51 项，编著教材 5 部。科技成果分别获中国专利银奖，教育部科技成果二等奖，中国建材联合会•中国硅酸盐学会建筑材料科技发明一等奖、基础研究二等奖，国家教学成果二等奖，河南省自然科学二等奖等。

范冰冰（通讯作者） ，郑州大学，主持国家自然科学基金（ 3 项）、英国皇家学会 Wolfson 基金、河南省重大科技专项、中原千人科技创新领军人才、河南省杰出青年基金、河南省级科技研发计划联合基金（优势学科培育类）重点项目等二十余项，研发经费超 8000 万元。近五年来，以第一作者和通讯作者在 Advanced Science 、 JAC 等期刊发表学术著作 80 余篇， ESI 高被引论文 13 篇，热点论文 8 篇；授权中国发明专利 20 项，英国发明专利 2 项，荷兰发明专利 1 项。

作者及研究团队在 Journal of Advanced Ceramics 上发表的相关代表作：

1 ） SONG L, FAN B, CHEN Y, et al. Ultralight and hyperelastic SiC nanofiber aerogel spring for personal thermal energy regulation. Journal of Advanced Ceramics , 2022, 11(8): 1235-1248. https://doi.org/10.1007/s40145-022-0606-2

2 ） Chen Y, Chen M, Lei H, et al. Microwave-assisted synthesis of high-performance TaC nanorods for enhanced electromagnetic wave absorption. Journal of Advanced Ceramics , 2025, 14(8): 9221130. https://doi.org/10.26599/JAC.2025.9221130

《先进陶瓷（英文）》（ Journal of Advanced Ceramics ） 期刊简介

《先进陶瓷（英文）》于 2012 年创刊， 清华大学 主办， 清华大学出版社 出版， 清华大学新型陶瓷材料全国重点实验室 提供学术支持，创刊主编为中国工程院院士、清华大学李龙土教授，主编为中国科学院院士、清华大学林元华教授、苏州国家实验室周延春教授、广东工业大学林华泰教授和哈尔滨工业大学张幸红教授。该刊主要发表先进陶瓷领域的高质量原创性研究和综述类学术论文，涉及先进陶瓷的制备、结构表征、性能评价的各个细节，尤其侧重新材料研制和先进陶瓷基础科学研究等重要方面，致力于在世界先进陶瓷领域搭建学术交流平台，引领和促进先进陶瓷学科的发展。已被 SCIE 、 Ei Compendex 、 Scopus 、 DOAJ 、 CSCD 等数据库收录。现为月刊， 2025 年发文量为 202 篇； 2025 年 6 月发布的影响因子为 16.6 ，连续 5 年位列 Web of Science 核心合集“材料科学，陶瓷”学科 34 种同类期刊第 1 名； 2024 年 11 月入选“中国科技期刊卓越行动计划二期”英文领军期刊项目； 2025 年入选中国科学院文献情报中心期刊分区表材料科学 1 区 Top 期刊。 2023 年起，本刊结束与国际出版商的合作，改由清华大学出版社自主研发、拥有自主知识产权的科技期刊国际化数字出版平台 SciOpen 独家发布，标志着该刊结束多年来“借船出海”的办刊模式，回归本土独立运营，也是我国优质英文期刊中最早回归国产平台的期刊之一。

期刊主页： https://www.sciopen.com/journal/2226-4108

投稿地址： https://mc03.manuscriptcentral.com/jacer

期刊 ResearchGate 主页： https://www.researchgate.net/journal/Journal-of-Advanced-Ceramics-2227-8508

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主题：SiC气凝胶