基础设施与设备的高级防火保护需要防火涂层具备高耐火性、隔热性、柔韧性和耐久性。传统涂层通常由无机填料与有机黏结剂复合制成，仍存在防火效果有限、易发生严重断裂及使用寿命较短等问题。

哈尔滨工业大学李惠院士、徐翔教授团队提出一种坚固的铝硅酸盐陶瓷涂层双气凝胶设计：其中，自然干燥的纳米多孔气凝胶主要发挥隔热作用，而静电纺丝制备的纳米纤维气凝胶则用于实现柔性变形。最终制得的涂层厚度仅为 3mm，却展现出超强防火性能 —— 耐火温度高达1400°C，在 1000°C 时导热系数仅为 103.55 mW・m-¹・K-¹，接触角达154°以体现疏水性，且具备超柔韧性，可实现 90°弯曲并能承受 10,000 次疲劳循环。这种独特的双气凝胶设计能够有效解决防火涂层中棘手的“热性能 - 力学性能”权衡难题，并为超强防火材料设计提供了一系列基础性考量方向。相关研究成果以“Nanoporous/nanofibrous dual-aerogel ultraflexible ceramic coatings for fire superprotection”为题目，发表在期刊《Advanced Composites and Hybrid Materials 》( IF 21.8 )上。

图1.防火涂层的双气凝胶设计与制备：(a) 纳米多孔气凝胶与纳米纤维气凝胶构建单元的示意图；(b) 涂层的制备流程及其表面形貌与多孔结构表征；(c) 纳米多孔气凝胶的扫描电子显微镜（SEM）图像；(d) 纳米纤维气凝胶的扫描电子显微镜（SEM）图像；(e) 纤维 - 粘结剂交联网络结构；(f) 双气凝胶基防火涂层（DAAC）的光学照片。

核心设计与制备

双气凝胶协同设计：纳米多孔气凝胶（自然干燥法制备）提供超隔热性，纳米纤维气凝胶（静电纺丝法制备）提供柔性，二者与改性磷酸二氢铝黏结剂、氧化铝纳米颗粒复合，形成 DAAC 涂层。

关键工艺：通过 GPTMS（3 - 缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷）改性黏结剂、添加氧化铝纳米颗粒，降低涂层固化温度；表面喷涂 TMES（三甲基乙氧基硅烷）酒精溶液，赋予高疏水性（接触角达 154°）。

核心性能优势

超柔性与耐久性：可 90° 弯曲，经 10000 次循环弯曲无宏观损伤与微裂纹，剪切结合强度达 13.72MPa，低力高频磨损后质量损失 < 5%，疏水性仍稳定（接触角约 102°）。

优异耐火与隔热性：仅 3mm 厚即可耐受 1400℃高温，1000℃时热导率仅 103.55mW・m⁻¹・K⁻¹；暴露于 1100℃火焰时，背面温度稳定在 210℃左右，温差达 880℃，远优于商用涂层（30 分钟内背面温度达 610℃）；极限氧指数（LOI）达 90%，燃烧时无开裂。

低成本与实用性：采用自然干燥法制备气凝胶，原料成本低（0.12 美元 / 升），可涂刷于金属、水泥、木材等多种基材，经 50000 次振动、6 个月户外暴露后，防火性能仍稳定。

图2.不同温度下双气凝胶陶瓷涂层（DAAC）的性能表征：(a) 改性与未改性涂层的差示扫描量热（DSC）曲线；(b) DAAC 的拉曼光谱；(c) DAAC 的 X 射线光电子能谱（XPS）；(d) DAAC 的 Brunauer-Emmett-Teller（BET）曲线；(e) 常温固化 DAAC 的透射电子显微镜（TEM）图像及选区电子衍射（SEAD）图谱；(f) 不同温度下 DAAC 的 X 射线衍射（XRD）图谱；(g) 不同温度下 DAAC 的孔径分布曲线；(h) DAAC 与钢基材界面的扫描电子显微镜（SEM）图像；(i) DAAC 与钢基材界面的 X 射线能量色散谱（EDX）mapping 图。

图3.双气凝胶陶瓷涂层（DAAC）的柔韧性及其作用机理：(a) DAAC 的循环弯曲测试（插图：弯曲循环过程的实验快照）；(b) 不同循环次数弯曲后 DAAC 的扫描电子显微镜（SEM）图像；(c) 不同基材表面 DAAC 在剪切载荷下的粘结强度；(d) DAAC 的弯曲 - 恢复过程；(e) DAAC 的扭转 - 恢复过程；(f) DAAC 在剪切过程中的塑性变形历程；(g) DAAC 柔韧性的作用机理示意图。

图4.双气凝胶陶瓷涂层（DAAC）的热性能：(a) 不同温度下 DAAC 的导热系数；(b) 3 毫米厚 DAAC 在丁烷火焰加热下的背面与正面温度曲线；(c) DAAC 的背面温度与涂层厚度的关系曲线；(d) 本研究中 DAAC 与已有研究成果在防火性能方面的对比；(e) 涂覆商用隔热涂层的钢材在加热 3 分钟和 30 分钟时的红外热成像图；(f) 涂覆 DAAC 的钢材防火测试过程及加热 3 分钟和 30 分钟时的红外热成像图。

图5. 双气凝胶陶瓷涂层（DAAC）的实际应用：(a) 面向基础设施的防火应用场景；(b) 涂覆 5 毫米厚 DAAC 的桁架杆在丁烷火焰加热下的背面温度变化及测试流程；(c) 涂覆 2 毫米厚 DAAC 的桁架杆在丁烷火焰加热下的红外热成像图；(d) DAAC 的疏水性能；(e) 振动测试前后，桁架杆表面 DAAC 界面过渡区的外观形貌及扫描电子显微镜（SEM）图像；(f) 2 毫米厚 DAAC 经循环振动测试和户外暴露后的温度差值（ΔT）。

结论：

综上，研究表明，铝硅酸盐涂层的纳米多孔/纳米纤维双气凝胶设计能够有效解决防火材料中棘手的 “热性能-力学性能” 权衡难题。所制备的涂层具备超柔韧性、优异耐火性、高耐久性与卓越隔热性的独特组合性能，这些性能是传统防火涂层难以企及的。因此，该涂层为火灾场景下（如桥梁、隧道、机场及高层建筑 / 历史建筑）的超强防火保护构建了一套坚固可靠的材料体系。此外，这类超薄涂层还为预防锂电池、电子设备及航天器的热失控问题提供了新的可能。

文献信息：

Li, C., Liu, D., Yu, H. et al. Nanoporous/nanofibrous dual-aerogel ultraflexible ceramic coatings for fire superprotection. Adv Compos Hybrid Mater 8, 326 (2025). https://doi.org/10.1007/s42114-025-01416-9