创新多功能材料：气凝胶增强非织造布实现高效隔音与隔热

搁浅

创新多功能材料：气凝胶增强非织造布实现高效隔音与隔热（DOI: 10.3390/app14135368）

随着全球碳中和目标的推进，汽车行业正加速向电动化转型。电池电动汽车（BEV）虽然减少了传统内燃机的噪音，却带来了新的热管理与噪声控制挑战。电池对温度极为敏感，而电机、逆变器等新部件也产生不同频率和来源的噪音。因此，开发一种兼具轻量化、高效隔音与隔热性能的材料，成为当前汽车工程的重要课题。
近日，来自日本广岛大学与**技术研究中心的研究团队，在《Applied Sciences》期刊上发表了一项创新研究，提出了一种基于非织造布与气凝胶颗粒复合的多孔材料，通过微观结构建模与实验验证，实现了卓越的隔音与隔热双重性能。

---

多孔结构的“双重标准”难题
传统多孔材料在隔音与隔热性能上存在结构矛盾。隔音材料需要较大的连通孔隙（几十微米到几毫米），以便声波进入并在固-气界面产生黏滞耗散；而隔热材料则要求更小的独立孔隙（几十纳米），以抑制热传导、对流与辐射。因此，在同一材料中同时实现两种性能极具挑战性。

---

创新方案：气凝胶颗粒+非织造布
研究团队采用计算微观结构建模方法，设计出一种新型复合材料：将纳米多孔的扁平椭球形气凝胶颗粒嵌入聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）纤维非织造布中。这种结构巧妙地利用气凝胶颗粒提供纳米级独立孔隙以实现隔热，同时通过非织造布的微米级连通孔隙实现声波传播与吸收。
通过调控气凝胶颗粒的形状、尺寸与分布，研究人员发现扁平椭球形颗粒比球形颗粒更能增强材料的流阻与曲折度，从而显著提升高频段的吸声性能。

---

实验验证：性能全面超越传统材料
研究人员制备了不同密度的PET非织造布与气凝胶复合布样，并测试其吸声系数与热导率。结果显示：

• 气凝胶复合非织造布在500–1600Hz频率范围内的平均吸声系数达到0.43（带表皮材料），是常用汽车吸声材料Thinsulate的2.8倍；
• 其热导率低至0.026 W/(m·K)，与静止空气相当，比Thinsulate提升了1.4倍的隔热性能；
• 在**更低密度（87.2 kg/m³）**下，仍优于更高密度的纯PET材料，体现出气凝胶的“轻量化+高性能”优势。
  

---

应用前景：更安静、更节能的电动车
该材料不仅具备优异的隔音与隔热性能，还通过表面层压处理减少了气凝胶颗粒脱落的问题，增强了耐用性与环境适应性。研究团队预计，若将该材料应用于整车内饰，可实现：

• 噪音降低约40%；
• 空调能耗减少约30%；
• 燃油经济性提升约4%（在燃油车或混合动力车中）。
  

尽管材料总重量可能略有增加，但其带来的节能与舒适性提升，使其在电动车热管理与NVH（噪声、振动与粗糙度）控制方面具有广阔前景。

---

结语
这项研究通过材料模型驱动的设计方法，成功打破了传统多孔材料在隔音与隔热性能上的结构矛盾，开发出一种轻质、高效、实用的新型复合材料。未来，随着气凝胶成本的进一步降低与工艺的优化，该材料有望广泛应用于汽车、建筑、航空航天等多个领域，为节能减排与舒适生活提供新的解决方案。