一組來自中國的研究人員最近報導開發了一種新的碳納米管基薄膜，該薄膜能夠抵抗高達 4,712°F（約 2,600°C）的高溫。這種新材料在航空航天、能源及其他高溫行業中，有望用作可擴展的絕緣材料。當太空船重返地球大氣層、超音速飛機飛行或者反應堆在高溫下運行時，所面臨的熱量往往比熔岩還要高，防止熱量造成損害是一個極具挑戰性的任務，因為大多數絕緣材料在超過 2,732°F（約 1,500°C）時便會失效。
目前一些材料能夠應對這些極端條件，但它們在過程中往往會導致過多的熱傳導。在極高的溫度下，輻射（由光或光子攜帶的熱量）成為最大問題，而這也是最難以阻擋的。因此，研究人員多年來一直試圖開發一種「夢想」絕緣材料，該材料能夠阻止固體、氣體及輻射的傳導，同時還需具備輕便和穩定的特性。
為此，清華大學的研究團隊據稱設計了一種新的絕緣材料，使用超對齊碳納米管薄膜（SACNT-SF）。團隊解釋，為了製作這種材料，他們首先生長直立的碳納米管陣列。在獲得這些碳納米管後，他們將其「拉」成薄片（類似於拉絲），然後將這些薄膜堆疊或捲成多層結構，形成超輕、具有多孔特性的碳納米管結構。這種巧妙的材料能夠有效減少各類熱傳導，尤其是在熱導方面，碳納米管表現出色。但在這裡，熱量必須在層之間傳遞，而不是沿著它們。這些管道寬度僅為 10–20 nm，並且有大量空間，意味著只有極少的材料可以讓振動（聲子）傳遞。
在氣體傳導方面，孔徑非常微小，氣體分子無法輕易移動或碰撞（這種現象被稱為克努森效應）。氣體分子會在孔內彈跳並損失能量，導致相對較弱的傳導。在輻射方面，碳納米管在吸收和散射紅外光方面表現優異，其內部電子結構（范霍夫奇點）使其與熱光子之間的相互作用非常強。通過以不同的角度堆疊層，輻射能夠被更有效地捕獲。研究團隊發現，這種新材料在室溫下的熱導率為 0.004 W/mK，而在 4,712°F（約 2,600°C）時為 0.03 W/mK。為了方便理解，石墨氈（常見的高溫絕緣材料）在相同溫度下的熱導率為 1.6 W/mK，這意味著該新材料的性能顯著優於傳統材料。
該材料非常穩定，經過 310 次在室溫和 3,632°F（約 2,000°C）之間的循環測試後，性能僅下降 5%。此外，這種材料的密度介於 5 至 100 kg/m³ 之間，顯示出其輕便的特性。碳納米管材料還具備彈性，可以環繞不規則形狀。生產寬度可達 550 mm 的薄片也是可行的，未來有潛力製作出數百米長的薄片。這種材料可能會成為各行各業的遊戲規則改變者，特別是那些需要優秀熱絕緣的行業，如太空船、超音速飛機、航空航天行業的噴氣發動機，或是核聚變反應堆和核電廠。
此外，它還可能在窯爐、熔爐和極端製造環境中發揮重要作用，甚至在電子設備中也會展現出其價值，因為空間和重量在這些應用中至關重要。展望未來，研究團隊計劃添加保護性塗層，以使這種裝置能夠在開放空氣中使用，而不會因氧化而失效。相關研究已發表在《先進功能材料》期刊中，進一步證實了這項技術的潛力和應用前景。
