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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SiO2）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SiO2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。Ti3C2Tx/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@SiO2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Si3N4/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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