朱召贤， 董金鑫， 贾献峰， 龙东辉， 凌立成

(华东理工大学 化学工程联合国家重点实验室, 上海200237)

1 前言

气凝胶是一种具有三维网络空间结构的凝胶材料，其内部空隙的分散介质为气体，构成网络结构的颗粒直径以及颗粒交联而成的孔径范围均在纳米尺寸范围内。气凝胶具有比表面积大(400～1500 m2·g-1)、孔隙率高(80%～99.8%)、密度低(低至0.003 g/cm3)、宏观均匀性良好等优异性能，这种独特的结构使得气凝胶材料在光学、热学、电学、力学和声学性能等方面具有优异的性质，被广泛应用于高效隔热材料、催化剂载体和精密电子材料等方面[1-5]。根据其组份，气凝胶可以分为无机气凝胶、有机气凝胶和炭气凝胶[6-8]。

酚醛树脂具有较高的残炭率，在高温下形成的炭层结构致密且稳定[9,10]，因此酚醛树脂被广泛用作烧蚀材料的基体[11-14]。近期，美国NASA-Ames研究中心研制了一种新型的低密度酚醛浸渍炭烧蚀体(Phenolic impregnated carbon ablator，PICA)。PICA可承受超过1 500 W/cm2热流环境,并且具有低热导率、超低密度和优异的抗烧蚀能力[15]。PICA在约12 MW/m2热流条件下，防热质量比仅为22%。PICA曾作为美国星座计划“猎户座”备选防热材料，为2011年发射的“火星科学实验室”着陆器的热防护材料，也是美国SPACE-X公司“Dragon”飞船的热防护材料[16]。PICA是由酚醛树脂溶液浸渍短切炭纤维预制体或炭纤维毡制备而成，具有气凝胶/纤维复合网络结构特征。然而，目前此类材料的研究在国内刚刚起步，其结构和烧蚀研究也基本空白。

最近，笔者所在课题组采用溶胶-凝胶工艺、常压干燥工艺，成功制备出一种低密度、高强度的酚醛气凝胶，进一步以短切炭纤维预制体[17]和铺层炭纤维毡[18]为增强体，成功制备出一系列类PICA的酚醛气凝胶/炭纤维复合材料(PAC)。……