突破性的纳米管薄膜在几千度下阻止固体、气体和辐射热传递。
近日，中国科研团队宣布开发出一种新型碳纳米管薄膜材料，其耐受温度高达4712°F（2600°C），且能有效阻隔固体传导、气体传导及辐射热传递。该成果为航空航天、能源等高温领域的绝缘材料升级提供了突破性解决方案，有望推动相关产业技术迭代。
在极端高温应用场景中，传统材料长期面临“耐热性不足”与“隔热效率低”的双重瓶颈。无论是航天器重返大气层时遭遇的气动加热（温度常超3000°F）、高超音速飞行器持续飞行时的表面高温，还是核聚变反应堆内部的极端热环境，其温度往往远超熔岩（约2192°F），对绝缘材料的性能提出严苛要求。目前，多数商用高温绝缘体在2732°F（1500°C）以上便会出现结构失效或隔热性能骤降问题；少数能耐受更高温度的材料，又因导热系数过高、重量大或稳定性差，难以满足工程实际需求。更关键的是，高温环境下辐射热（由光子携带的热量）成为主要传热方式，而传统材料对辐射热的阻隔能力普遍不足，这一痛点长期制约着高温领域的技术突破。
为攻克上述难题，清华大学研究团队以超对齐碳纳米管薄膜（SACNT-SF）为核心，设计出一种多层多孔结构的新型绝缘材料。其制备过程兼具创新性与可操作性：首先通过化学气相沉积法培育垂直排列的碳纳米管阵列，再采用“拉丝”工艺从阵列中提取连续薄膜，最后将薄膜按特定角度堆叠或缠绕，形成具有多孔结构的多层复合材料。这种制备方式不仅保留了碳纳米管本身轻质、高强度的特性，更通过结构设计优化了隔热性能。
从传热机制来看，该材料通过三重作用实现高效隔热。在固体传导方面，碳纳米管虽沿轴向导热性优异，但材料中薄膜层间的传热需跨越界面，且10-20纳米的管径与大量孔隙结构大幅减少了声子（热传导的主要载体）的传播路径，显著降低固体导热效率。在气体传导层面，材料内部的微孔尺寸极小，使气体分子处于Knudsen流状态——分子难以自由运动或碰撞传递能量，只能在孔壁间弹跳并逐渐耗散热量，从而抑制气体导热。针对最难阻隔的辐射热，碳纳米管的电子结构（尤其是范霍夫奇点特性）使其对红外光具有极强的吸收与散射能力；研究团队通过调整薄膜堆叠角度，使辐射热在层间多次反射、吸收，进一步提升阻隔效果。
实验数据显示，该新型材料的隔热性能远超现有商用产品：室温下导热系数仅为0.004 W/mK，即便在4712°F（2600°C）的极端温度下，导热系数也仅升至0.03 W/mK。作为对比，目前高温领域常用的石墨毡在相同温度下的导热系数为1.6 W/mK，新型碳纳米管材料的隔热效率是其50倍以上。同时，该材料展现出优异的稳定性与耐用性：在室温至3632°F（2000°C）的温度区间内经过310次循环测试后，隔热性能仅下降5%，远优于传统材料的衰减速度。此外，其密度可在5-100公斤/立方米之间调节，兼具轻量化与结构强度；材料柔韧性良好，可紧密包裹复杂不规则表面，解决了传统刚性绝缘体适配性差的问题。
在产业化潜力方面，该材料已实现规模化制备突破——目前可生产宽度达550毫米的板材，且具备延伸至数百米长度的生产能力，为批量应用奠定了基础。其应用场景覆盖多个关键领域：在航空航天领域，可用于航天器热防护系统、高超音速飞行器表面隔热层及喷气发动机高温部件，降低重量的同时提升耐热能力；在能源领域，适用于核聚变反应堆第一壁隔热、核电站高温管道保温，助力清洁核能技术的安全落地；此外，在冶金、高端制造等需要高温隔热的行业，也具有替代传统材料的潜力。
业内专家指出，这种新型碳纳米管绝缘材料的问世，不仅填补了超高温高效隔热材料的技术空白，更体现了中国在纳米材料领域的研发实力。随着后续产业化进程的推进，该材料有望成为高温工业领域的“游戏规则改变者”，推动相关产业向更高效、更安全、更轻量化的方向发展。
