《Composites Part A: Applied Science and Manufacturing》：Porous boron nitride Fiber-Based 3D skeleton reinforced phenolic aerogel for lightweight thermal protection systems
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1. 通过三维氮化硼纤维骨架与酚醛树脂基体复合，制备出密度低至0.141-0.167 g/cm3、具有优异界面相容性和热防护性能的新型气凝胶复合材料，其抗烧蚀能力达1300℃高温下20 mm厚度保持结构完整
任玉萌|林静|张睿|邓天天|陈梦琳|于超|唐成春|黄阳
中国河北省工业大学材料科学与工程学院氮化硼微纳材料重点实验室，天津 300130
摘要
先进的热防护系统需要超轻、坚固、具有良好隔热性能和抗烧蚀能力的复合材料。尽管三维（3D）骨架/基体设计具有潜力，但在制备具有结构连续性、高温稳定性、界面兼容性和可扩展性的理想骨架方面仍面临挑战。本文采用内部多孔的氮化硼（BN）纤维作为增强骨架，酚醛（PF）气凝胶作为基体，制备了复合气凝胶。所得PF/BN复合气凝胶的密度极低，为0.141–0.167 g/cm3。π-π相互作用和氢键作用确保了应力有效传递至坚固的BN骨架，从而在常压干燥（APD）过程中防止结构崩塌，并赋予了优异的机械性能：压缩应变高达70%，压缩强度为3.4–7.8 MPa。此外，这些气凝胶具有出色的隔热性能，其中PF/BN2.0样品的热导率低至45.3 mW·m?1·K?1。在丁烷火焰烧蚀（约1300°C）条件下，20毫米厚的PF/BN2.0样品在15分钟后背侧温度仅升至370°C；将其简单附着在铝板上可实现高效的高温红外隐身效果。这种性能归因于烧蚀过程中原位形成的分层结构，包括致密的外层和多孔的内层。本研究不仅证明了基于3D BN纤维的骨架作为高性能增强的有效性，还为开发适用于极端环境条件的轻质多功能复合材料提供了新策略。
材料信息
材料
热塑性酚醛树脂（2123，热塑性）由中国河南洁阳有限公司提供。分析级硼酸（H?BO?）和三聚氰胺（C?N?H?）购自中国上海阿拉丁生化科技有限公司。六亚甲基四胺（HMTA）和无水乙醇（EtOH）由中国天津丰川化学试剂有限公司提供。所有商业试剂均未经进一步纯化即可使用。BN气凝胶骨架的制备
首先，按3:1的摩尔比将H?BO?和C?N?H?溶解在...
PF/BN复合气凝胶的制备与表征
BN气凝胶骨架通过自组装和热解方法制备[27]。具体而言，硼酸和三聚氰胺在热水中反应生成M·2B前驱体溶液。经过超声处理冷却后干燥，沉淀的M·2B纤维通过氢键作用自组装成三维骨架（见图S1）。随后通过热解将M·2B气凝胶前驱体转化为BN气凝胶，同时保持其原始形状。通过改变M·2B前驱体的浓度...
结论
总之，成功制备了一系列基于交织多孔BN纤维的BN气凝胶骨架，并将其作为高效的3D增强材料，通过溶胶-凝胶法和常压干燥法制备了密度为0.141–0.167 g/cm3的轻质PF/BN复合气凝胶。这些复合气凝胶具有显著提升的机械性能，可承受高达70%的压缩应变而不发生破坏，压缩强度达到3.4–7.8 MPa。
作者贡献声明
任玉萌：撰写初稿、数据整理、方法设计。 林静：审稿与编辑、监督工作、资源协调、资金申请。 张睿：资金申请。 邓天天：数据可视化、结果分析。 陈梦琳：方法设计、结果分析。 于超：资金申请。 唐成春：资源协调。 黄阳：审稿与编辑、资源协调、资金申请。
利益冲突声明
作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了河北省自然科学基金（E2024202072）、河北省教育厅科研项目（JCZX2026004）以及天津航空防火系统重点实验室（FH2024-KF04）的支持。
