中國粉體網(wǎng)訊 高效隔熱材料的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性是保證其安全應(yīng)用的關(guān)鍵。與傳統(tǒng)隔熱材料相比,陶瓷氣凝膠的低導(dǎo)熱系數(shù)和優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性(如耐火和耐腐蝕性能等)賦予了其明顯的優(yōu)勢。但是,傳統(tǒng)陶瓷氣凝膠一般由氧化物納米顆粒組成,其脆性和高溫下的結(jié)構(gòu)坍塌限制了其實(shí)際應(yīng)用。近年來,以柔而韌的陶瓷納米結(jié)構(gòu)構(gòu)筑陶瓷氣凝膠材料,實(shí)現(xiàn)了陶瓷氣凝膠從脆性向彈性的轉(zhuǎn)變。但這類材料一般具有隨機(jī)分布的氣孔結(jié)構(gòu),通常表現(xiàn)出較低的剛度。同時,與傳統(tǒng)陶瓷氣凝膠的納米孔結(jié)構(gòu)不同,這種隨機(jī)分布的氣孔不能有效降低熱傳導(dǎo),從而造成其相對較高的熱導(dǎo)率。
為了解決上述問題,王紅潔教授課題組以SiC納米線為基本構(gòu)筑單元,通過各向異性的多級孔結(jié)構(gòu)設(shè)計,構(gòu)筑具有各向異性氣孔和多級熱阻結(jié)構(gòu)的SiC@SiO2納米線氣凝膠:一方面利用各向異性的孔結(jié)構(gòu)作為增強(qiáng)肋提高其軸向比模量,另一方面利用多級導(dǎo)熱屏障降低其徑向熱導(dǎo)率,最終獲得軸向比模量高達(dá)24.7 kN·m·kg-1、徑向熱導(dǎo)率僅為0.014 W·m-1K-1的彈性陶瓷氣凝膠,實(shí)現(xiàn)了彈性陶瓷氣凝膠力學(xué)性能和隔熱性能的同步提升。
上述成果以“Anisotropic and hierarchical SiC@SiO2nanowire aerogel with exceptional stiffness and stability for thermal superinsulation”為題,于近日在線發(fā)表于國際權(quán)威期刊Science Advances(影響因子:12.804)。該成果是課題組在彈性陶瓷氣凝膠研究領(lǐng)域取得的多項(xiàng)成果(ACS Nano, 2018, 12, 3103;ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11, 15795; ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11, 45338; ACS Appl. Mater. Interfaces, 2020, 12, 8555等)之后的又一成果。
論文第一作者為西安交通大學(xué)蘇磊博士,通訊作者為王紅潔教授,西安交大為第一作者單位和通訊作者單位,美國加州大學(xué)歐文分校潘曉晴教授團(tuán)隊也參與了部分研究工作。
該工作得到國家自然科學(xué)基金、陜西省創(chuàng)新能力支持計劃和西安交通大學(xué)創(chuàng)新能力提升計劃等項(xiàng)目的支持。
論文鏈接:https://advances.sciencemag.org/content/6/26/eaay6689
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