力热耦合条件下耐疲劳柔性二氧化硅气凝胶的热密封性能研究

为解决航空器及电动汽车在力热耦合环境下的热密封需求，南京工业大学团队通过MTMS与DMDMS原位共缩合合成柔性二氧化硅气凝胶（FSA）。研究发现DMDMS/MTMS体积比（D/M）为8:12时（FSA-3），材料展现90%可逆形变、300°C高温稳定性及0.019 W/(m·K)低导热率，万次压缩循环后仍保持性能稳定。该研究为极端环境下热密封材料开发提供新思路。

　　

在航空器和电动汽车领域，热密封材料面临极端力热耦合环境的严峻挑战。航空器部件连接处常存在巨大温差，而电动汽车锂离子电池（LIBs）在充放电过程中需承受数千次压缩-回弹循环，传统材料难以兼顾柔性与隔热性能。柔性二氧化硅气凝胶（FSA）因其低导热率（<0.02 W/(m·K)）和高回弹性被视为理想解决方案，但长期机械疲劳和力热耦合下的性能稳定性仍是未解难题。

南京工业大学研究团队在《Journal of Non-Crystalline Solids》发表论文，通过甲基三甲氧基硅烷（MTMS）与二甲基二甲氧基硅烷（DMDMS）原位共缩合，开发出具有优异耐疲劳特性的FSA。研究采用尿素缓释氨催化策略调控Si-O-Si网络交联度，通过DMDMS/MTMS体积比（D/M）优化材料微观结构。

材料与方法
团队以CTAB为模板剂，尿素为缓释催化剂，通过溶胶-凝胶法和超临界干燥制备FSA系列样品。重点考察D/M比例（4:16至10:10）对材料性能的影响，采用SEM、BET、万能试验机等表征微观结构与力学性能，并通过万次压缩循环和300°C热处理评估长期稳定性。

研究结果

1. DMDMS/MTMS比例对力学性能的影响：D/M为8:12的FSA-3展现最优性能，其90%可逆形变源于DMDMS引入形成的长分子链和大孔结构（孔径>50 nm），压缩模量较传统气凝胶降低两个数量级。
2. 热稳定性：FSA-3在300°C下接触角保持>150°，证明其疏水性未受高温破坏。
3. 力热耦合性能：在20-60%应变范围内，FSA-3导热率仅上升2.7-6.7%，远低于刚性气凝胶（通常>15%）。
4. 疲劳测试：万次压缩后FSA-3形变恢复率仍达88%，微观结构保持完整。

结论与意义
该研究首次系统揭示了DMDMS比例通过调控Si-O-Si网络交联度影响FSA性能的机制。FSA-3的优异表现源于其独特的"长链-大孔"结构：DMDMS提供分子链柔性，而MTMS维持骨架强度。研究成果为航空器舱段密封、锂电池组热失控（TR）防护提供了新材料选择，其缓释催化合成策略对功能化气凝胶开发具有普适性指导价值。论文通讯作者Yong Kong指出，该材料在-50至300°C工况下的稳定性已通过车企验证，下一步将开展规模化生产研究。