当前动态:神舟十五号凯旋归来，返回舱隔热材料有何奥秘？

2023-06-28 17:11:33 来源:中国产业用纺织品行业协会） createPageHTML(1, 0, "t20230606_4308809", "htm"); 声明：凡于本网文章前标有“CTEI网讯”之文章即表示为本网原创、编译、第一信息源、第一媒体合作方等，如需转载请务必标注文章来源自“中国纺织经济信息网 www.ctei.cn”，本网保留法律权利。相关文章 19-06-20

6月4日，神舟十五号飞船凯旋归来！当飞船着陆到地面以后，地面的搜救队伍也在现场展开了工作，比如说对飞船返回舱进行检查，以及协助航天员出舱等。除了这些重要事项外，神舟十五号飞船的返回舱同样引人注目，被烧得黑不溜秋的返回舱外部看起来已经“面目全非”，飞船在返回地球时到底经历了什么？返回舱外部的材料有何奥秘？我国在隔热、控温材料的研发上有何最新进展？

其实，飞船在出厂时非常的干净、整洁，但是去太空飞行一段时间返回地球时，飞船的外部就变成了“黑不溜秋”的样子。之前神舟十三号飞船返回舱进行过展出，返回舱外部蜂窝状的外壳涂料上有一面完全焦黑碳化，那就是飞船返回舱进入大气层时被灼烧的痕迹。如此大的差异，当我们知道了真相后，让人不得不感慨太空飞行之旅真的充满了惊险。其实，返回舱的外部经过了特殊的处理，比如说外部涂有一些烧蚀材料、隔热材料，就算外部的温度高达上千摄氏度，但是不会把返回舱烧坏，返回舱的内部温度很舒适，不会威胁到航天员的安全，也不会影响到火星车的正常运行。

据了解，神舟返回舱通过黑障区时，高温灼烧时间超过6分钟，综合热量达到每平方米12万千焦，在数千摄氏度高温下，若是普通材料，即便里三层，外三层，返加舱早就被烧穿了，所以必须使用超强隔热材料。

(相关资料图)

经过多年的研究，我国科学家终于研发出隔热、集防热、承载于一体的新型复合材料，新型复合材料由酚醛空心微球、玻璃空心微球、增强纤维等组成。新型复合材料按一定配额填充进最结实的蜂窝状结构中，形成了超强隔热材料，对返回舱形成了一层安全“热防护”。

当然，为了进一步增强隔热材料的隔热能力，在高温之下，返回舱蜂窝状结构外表面增加另一层散热材料，直接从固态升华成的气态，此过程吸收了大量热量，剩余热量通过蜂窝状结构分解。有了这层散热材料，即便是经历3000摄氏度高温灼烧，舱内也会温暖如春，保证在25℃左右，不过该材料在分解过程中会留下黑色的痕迹。

除了返回舱外部的超强隔热材料，近一段时期，我国科研工作者在热管理织物、热防护材料方面也进行了大量研究，这些创新研发成果可使人体保持在舒适的温度范围内，为可穿戴智能织物的开发提供了新方向，并且可以应用到虚拟世界感知物体温度的变化。

高效耐久型分子太阳能热管理织物

提高能量利用效率

分子太阳能储能材料（MOST）能够有效捕捉太阳能，通过分子异构将能量储存于化学键中，在光刺激下以热能的形式进行释放。因其集太阳能吸收、转化、储存以及释放为一体的特性受到广泛关注，尤其是在个人热管理领域。但由于分子太阳能储能材料存在能量密度低、易泄露、牢度差等问题，限制了其在储能织物上的应用。

针对上述问题，江南大学及上海交通大学研究团队设计并合成了吡唑基偶氮苯分子，通过引入含有杂原子的五元环结构能够使吡唑基偶氮苯分子具有更高异构转化率以及异构储能时间。但吡唑基偶氮苯分子的高异构转化率要求单色光刺激响应，标准太阳光谱照射会造成异构不完全。因此，将吡唑基偶氮苯分子包覆进入具有UV滤光性能的微胶囊内，既解决了吡唑基偶氮苯分子相变过程中会产生泄露的问题，同时赋予其在宽光谱紫外光照下具有高异构转化率的性能。在2000次能量充放、50次水洗、50次摩擦后吡唑基偶氮苯分子储能织物仍具备高效太阳能储能密度。

相较于供暖、通风和空调等对环境温度调控方法，高效耐久型分子太阳能热管理织物提高了能量的利用效率，并以太阳能作为能量源，缓解化石燃料消耗带来的碳排放以及污染问题，也为构建集太阳能吸收、转化、储存以及可控释放为一体的光储能织物提供一条有效途径。

热响应纤维用于多功能热激活防护织物

具有良好热及机械适应性的智能纺织品在运动防护、消防救援和航空航天等领域中有望发挥着重要作用。然而，大多数报道的热及机械自适应聚合物其较差的加工性和舒适性、响应时间过长制约了其应用。

近期，东华大学张青红/侯成义团队设计并连续制备了具有皮芯结构（商用纤维为芯/温度敏感水凝胶为表皮）的热响应纤维，该复合纤维表现出快速的机械适应性、良好的热硬化性和隔热性能。

在该研究中，研究人员通过共价锚定网络的构建，解决了商业纤维与刺激响应水凝胶之间界面粘结性差的问题，从而成功地将水凝胶表皮均匀地涂覆在多种商业纤维上，实现了热响应纤维的大规模连续制造，该方法具有普适性，对多种商业纤维均适用。疏水相互作用和离子键的协同作用使水凝胶皮层的拉伸强度（0.65~16 MPa）和弹性模量可随温度的变化而进行自动调节，因此制备的热响应复合纤维兼具常温下柔润亲肤和高温下坚硬抗冲击的特点。此外，由于相分离和离子相互作用的吸热效应，该智能纤维在高温环境（65℃~95℃）可吸收一定的热量，使体感温度降低18℃~27℃，从而达到防止热灼伤的效果。因此，该智能纤维有望用于运动防护装备和隔热防护服等领域。

湿法纺丝和真空浸渍制备用于

可穿戴织物的柔韧储热相变无纺布

据报道，中科院大连化学物理研究所研究员史全团队、吴忠帅团队和澳大利亚迪肯大学教授陈英团队合作，在柔性纤维型相变材料研究方面取得新进展。合作团队通过湿法纺丝和真空浸渍制备了柔性石墨烯-氮化硼纤维基的相变无纺布，具有优异的柔韧性、储热能力、透气性能，并将其用于可穿戴人体热管理器件中。

相变储能材料能够在相对恒定的温度下吸收和释放大量相变潜热，可作为热能储存和温度控制介质应用于人体热管理领域。然而，传统相变材料固有的液态易泄漏、透气性差及固态刚性等特点，使其很难应用于可穿戴智能热管理器件中。

为进一步提升相变器件的透气性能和储能密度，史全团队利用吴忠帅团队的石墨烯三维多孔组装体的制备技术，以及陈英团队在氮化硼纳米片制备领域的独特优势，与后两者共同提出了一种通过湿法纺丝方法制备高焓柔性相变无纺布的通用策略。该相变无纺布表现出206.0焦耳/克的高焓值、优异的热稳定性、1000次循环后焓值保持率仍达到97.6%的热循环能力，以及超高的水蒸气透过率，优于当前已报道的相变材料薄膜和纤维。

嵌入织物的纤维泵可感知虚拟世界温度变化

瑞士洛桑联邦理工学院研究人员开发出一款纤维形式的泵，这种光纤泵可被直接缝合到纺织品和服装上，重量轻、功能强大，还可水洗，这项创新可应用于从外骨骼到虚拟现实等领。

该研究是在研究人员2019年开发的可伸缩泵基础上进行的。光纤形式使研究人员能够制造更轻、更强大的泵，与可穿戴技术更兼容。为了实现泵的独特结构，研究人员开发了一种新的制造技术，将铜线和聚氨酯线缠绕在钢棒上，然后将它们热熔化。去除钢棒后，可使用标准编织和缝纫技术将2mm纤维整合到纺织品中。这种泵本质上是一种能产生自身压力和流量的管道。

该泵的简单设计具有许多优点。所需的材料便宜且容易获得，扩展制造过程也比较轻松。由于泵产生的压力大小与其长度直接相关，因此可根据应用情况对管道进行切割，从而在优化性能的同时将重量降至最低。坚固的设计也使其适用于传统的洗涤剂清洗。

该研究还展示了由织物和嵌入式纤维泵制成的人造肌肉，这种肌肉可用来为柔软的外骨骼提供动力，帮助患者移动和行走。该泵甚至可通过模拟温度感觉为虚拟现实世界带来新的维度。在这种情形下，用户戴着一只手套，手套上的泵装满了热的或冷的液体，用户能够感受到与虚拟物体接触时温度的变化。

（来源：中国产业用纺织品行业协会）

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