随着航空航天、高速轨道交通等高端装备领域向结构轻量化、功能集成化与服役多场耦合方向快速发展，舱内核心结构材料正面临热、声、机械载荷等多物理场耦合作用下的严苛服役挑战。传统商用芳纶蜂窝虽具备轻质高强的基础特性，但其酚醛树脂节点脆性大、界面韧性不足，同时缺乏宽频吸声降噪与高效隔热保温能力，长期服役过程中还易因紫外辐照、热氧老化引发性能衰退；此外，热固性树脂体系的固有缺陷也导致材料难以实现闭环回收再利用，环境负荷居高不下。
针对上述行业痛点，武汉纺织大学材料科学与工程学院王桦 / 王罗新团队熊思维副教授在国际顶级期刊《Advanced Functional Materials》上发表研究论文，创新性提出 “骨架阻隔 - 芯层耗散” 协同作用机制，成功构筑了兼具高力学稳定性、高效隔热、宽频吸声与可回收特性的聚芳酯纳米纤维气凝胶蜂窝材料，为高性能结构 - 功能一体化蜂窝材料的开发提供了全新思路。
图1 | SiO2空心微球/聚芳酯纳米纤维复合气凝胶蜂窝的制备流程与多功能应用
(a) 二氧化硅空心微球 / 聚芳纶纳米纤维复合气凝胶（SiO2 HM/PAR NCAH）制备流程示意图。(b) 聚芳纶纳米纤维（PAR NFs）直径分布直方图。(c) SiO2 HM/PAR NCAH 实物数码照片。(d) 二氧化硅与聚芳纶纳米纤维界面相互作用的扫描电镜（SEM）图像。(e) SiO2 HM/PAR NCAH 的多功能应用场景。
图2 | 二氧化硅空心微球 / 聚芳纶纳米复合蜂窝材料（SiO2 HM/PAR NCHC）的力学性能
(a–d) 商用蜂窝材料（HC）与不同二氧化硅空心微球掺杂量（质量分数分别为 20%、30%、60%）的SiO2 HM/PAR NCHC 蜂窝孔节点扫描电镜（SEM）图像；(a1–d1) 对应 (a–d) 的高倍表面扫描电镜图像。(e) SiO2 HM/PAR NCHC 的抗压强度。(f) SiO2 HM/PAR NCHC 的杨氏模量。(g、h) 商用蜂窝材料与 30% 掺杂量SiO2 HM/PAR NCHC 的应力 - 应变曲线。(i) 商用蜂窝材料（左）与SiO2 HM/PAR NCHC（右）的压缩过程示意图。(j) 商用蜂窝材料与 30% 掺杂量SiO2 HM/PAR NCHC 的力学性能对比。(k) 该材料与传统蜂窝材料的压缩性能对比。(l) SiO2 HM/PAR NCAH 的柔韧性能。(m) 不同二氧化硅空心微球含量的SiO2 HM/PAR NCHC 压缩过程的有限元模拟结果。
图3 | 二氧化硅空心微球 / 聚芳纶纳米复合气凝胶（SiO₂ HM/PAR NCAH）的热管理性能
Ni0.02WC/WO2−NIs 样品的原子级分辨率高角环形暗场扫描透射电镜（HAADF-STEM）图像：
(a) SiO₂ HM/PAR NCAH 的抗压强度。(b) SiO₂ HM/PAR NCAH 整体结构的扫描电镜（SEM）图像。(c–e) 不同前驱体溶液浓度下气凝胶的扫描电镜图像。(f) 商用聚氨酯泡沫、商用橡胶泡沫及不同气凝胶填充量的 SiO₂ HM/PAR NCAH 的导热系数。(g) SiO₂ HM/PAR NCAH 内部导热机理示意图。(h、i) 样品分别置于 100 ℃热台与−10 ℃冷台时，商用聚氨酯泡沫、商用橡胶泡沫及 SiO₂ HM/PAR NCAH 的红外热成像测试结果。(j1–j2) 瞬态传热有限元模拟，对比商用聚氨酯泡沫、商用橡胶泡沫与 SiO₂ HM/PAR NCAH 的热流密度差异。(k) SiO₂ HM/PAR NCAH 作为隔热材料的应用原理示意图。(l) 不同样品作为隔热材料的表面温度 - 时间变化曲线。(m) 热循环条件下，不同隔热样品的表面温度 - 时间变化曲线。
图4 | 二氧化硅空心微球 / 聚芳纶纳米复合气凝胶（SiO₂ HM/PAR NCAH）的吸声、降噪与透波性能
(a) 不同样品的吸声系数 - 频率关系曲线。(b) 不同样品的平均吸声系数对比。(c) SiO₂ HM/PAR NCAH 的吸声机理。(d) 多种样品隔音测试的实际效果对比。(e) 隔音测试过程中，各样品的声压级随时间变化曲线。(f) 不同样品声压级的有限元模拟结果。(g) 各样品复介电常数的实部与虚部。(h) 不同样品的介电损耗角正切值对比。(i) 各样品的电导率对比。(j1–j3) 商用聚氨酯泡沫、商用橡胶泡沫及 SiO₂ HM/PAR NCAH 的科尔 - 科尔（Cole–Cole）曲线。(k) 不同样品磁导率实部对比。(l) 不同样品磁导率虚部对比。(m) 各样品的电磁干扰屏蔽效能。(n) SiO₂ HM/PAR NCAH 的透波机理示意图。
图4 | 二氧化硅空心微球 / 聚芳纶纳米复合气凝胶（SiO₂ HM/PAR NCAH）的双尺度结构稳定性
(a1–3) SiO₂ HM/PAR NCAH 的落锤冲击测试。(b) 轻质化特性。(c) 纳米压痕测试示意图。(d) SiO₂ HM/PAR NCAH 的扫描探针显微镜（SPM）图像。(e1–3) SiO₂ HM/PAR NCAH 纳米压痕测试区域模量分布的直方图、元素分布图及三维表面云图。(f1–3) SiO₂ HM/PAR NCAH 纳米压痕测试区域硬度分布的直方图、元素分布图及三维表面云图。(g1–3) SiO₂ HM/PAR NCAH 纳米压痕测试区域接触刚度分布的直方图、元素分布图及三维表面云图。
