把探测器送上月球、火星，甚至计划在小行星上取样返航——这些深空任务背后，藏着一个常被忽略的硬需求：一种既扛得住2000℃以上高温、又能在剧烈冲击中反复回弹的轻质隔热材料。

传统陶瓷气凝胶被誉为 "最轻的固体之一"，却在 "耐温" 与 "柔韧" 之间长期左右为难：想上1500℃，材料就脆得一碰即碎；想换回弹性，耐温性能又大幅滑坡。这一两难困境，近日被一项中国高校的合作研究撕开缺口。

2026年8月12日，华南理工大学材料科学与工程学院褚衍辉研究员、庄磊副教授团队联合西安交通大学，在《自然・通讯》（Nature Communications）发表题为 "Superelastic ceramic aerogels up to 2200 °C"的研究成果。他们提出 "熵稳定非晶 - 晶态双相结构" 设计策略，以五元高熵碳化物（Hf, Zr, Ta, Nb, Ti）C 构筑纳米纤维骨架，在氩气保护下实现 2200℃极端环境耐受，并具备准静态压缩99%应变完全回弹的能力，为深空低氧环境热防护提供了全新思路。

两难从何而来

要掂量这项突破的分量，先要看清气凝胶的 "两难" 从何而来。陶瓷靠强方向性共价键获得高熔点，却也几乎因此失去塑性变形能力，宏观上表现为脆性——这是晶体材料的本性，无法靠工艺修补。而常见的 "软化" 手段，如引入柔性组分或疏松结构，又往往以牺牲高温稳定性为代价。于是弹性和耐温性成了一对跷跷板：此前报道的陶瓷气凝胶可回复应变普遍低于90%，最高使用温度大多难破1500℃。如何在原子尺度上同时满足 "刚" 与 "柔"，是这一领域多年的老难题。

高熵与双相，两个关键词

团队把答案写进了 "高熵" 与 "双相" 两个关键词。

一方面，将铪（Hf）、锆（Zr）、钽（Ta）、铌（Nb）、钛（Ti）五种金属元素等摩尔固溶于同一碳化物晶格，形成高构型熵。熵效应在高温下能有效抑制晶粒粗化与非晶相晶化，让微观结构在极端温度下 "稳得住"。

另一方面，构筑纳米晶均匀嵌入非晶基体的双相结构：纳米晶充当刚性骨架，非晶相则像柔韧的缓冲垫，吸收变形能、分散应力集中。二者协同，让纤维 "刚而不脆、柔而不塌"。

静电纺丝，一步织出三维网络

制备工艺同样讲究。团队先将等摩尔金属氯化物（HfCl₄、ZrCl₄、TaCl₅、NbCl₅）与钛酸丁酯溶于DMF溶剂，加入蔗糖作碳源、PVP 调节黏度，配成均一前驱体溶液；随后用气流辅助静电纺丝，让纳米纤维在湍流场中自发交联缠结，一步成形为三维网状坯体 —— 纤维直径约 90 纳米，密度可调控在5—120 mg ·cm⁻³，典型值仅约 10 mg ·cm⁻³，轻盈到可以立在羽毛上。

坯体先经500℃保温2小时脱除有机组分，再以 3℃/分钟升至1700℃，氩气中保温1 小时完成陶瓷化，最终得到纳米晶镶嵌于非晶基体的稳定双相结构。

一张亮眼的成绩单

力学上，准静态压缩99%应变可完全回弹、无永久损伤，峰值应力约140 kPa；80%应变下循环压缩1000次，峰值应力仅衰减约11%；在−196℃（液氮）到1300℃（丁烷焰）的宽温域内压缩均不破碎，还可完全回复90° 弯曲而无残余应变。

隔热上，25—1000℃范围内热导率低至21—66mW·m⁻¹·K⁻¹；据论文数据，1 厘米厚样品直面1300℃火焰灼10分钟，背面温度仅142℃；包裹约2000℃石墨发热体时，材料表面温度可被压降至约638℃。

耐温上，氩气氛围中 2000℃保温2小时仍保留 95% 回弹性能，2200℃保温2小时回弹性维持约80%，已接近该体系的使用温度上限。

但材料并非万能，应用边界必须说清：碳化物在空气中超过1000℃会发生氧化收缩，因此它适宜服役于低氧、惰性氛围——这恰好与深空的服役环境相契合。

面向深空的用武之地

依托 "低氧适配＋周期压缩＋超高温耐受" 的组合优势，该材料在深空领域潜力突出：

• 月球、火星着陆器缓冲舱隔热衬层，抵御着陆反推羽流1500—2000℃瞬时高温；

• 深空探测器可展开隔热罩，以80%压缩应变收纳入轨，到位后自主回弹复原；

• 真空高温阀芯、管路热密封垫片——近乎零泊松比特性使其受压时体积变化极小，密封更可靠；

• 小行星采样任务高温烧结舱隔热层、高超声速试验台真空段内衬等。

在这篇文章摘要中，还将 "下一代能源车辆" 列为潜在应用方向。

站在前沿的坐标

放眼国际，高熵碳化物气凝胶正是当下超高温隔热材料研究的最前沿之一。2025 年发表于《科学》的成果曾报道 194 种 "穹顶胞元" 超轻气凝胶，可在4.2K到2273K区间保持超弹性；本工作则以 "熵稳定非晶 - 晶态双相" 这一不同路径，把弹性陶瓷气凝胶的服役温度进一步推向 2200℃，两种思路互为印证，共同夯实了 "高熵＋纳米纤维" 的设计方向。

研究价值

这项研究的核心价值，在于把熵工程、双相设计与纤维缠结三维结构有机结合，形成了一套可复用的设计范式——它不只给出一种材料，更给出一种配方逻辑：今后高熵碳化物、高熵氧化物气凝胶的研发，都可以沿着 "成分熵稳定微观结构、双相协同兼顾刚柔、纤维网络承载弹性" 的路径推进。研究同时获得国家重点研发计划、国家自然科学基金等资助。

参考文献

[1] S. Zhao, Y. Qin, Y. Liu, …, Superelastic ceramic aerogels up to 2200 °C. Nature Communications 17, (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-76616-y

[2] K. Pang, Y. Xia, X. Liu, W. Tong, X. Li, C. Li, …, C. Gao, Dome-celled aerogels with ultrahigh-temperature superelasticity over 2273 K. Science 389, 290–294 (2025). https://doi.org/10.1126/science.adw5777

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