中國(guó)粉體網(wǎng)訊 氣凝膠材料通常是指以納米級(jí)顆�；蚓酆衔锓肿渔溝嗷ゾ奂纬杉{米多孔結(jié)構(gòu)，在納米孔洞中充滿(mǎn)氣態(tài)分散介質(zhì)的三維多孔輕質(zhì)固體材料。氣凝膠材料具備低密度、高比表面積、高孔隙率和孔體積等結(jié)構(gòu)特性，使其具有耐高溫、低熱導(dǎo)率、低折射率和低聲傳播速度等特殊的光、熱、聲、電性能，進(jìn)而在隔熱保溫、吸附分離、生物醫(yī)用、光電催化、儲(chǔ)能轉(zhuǎn)化、吸聲隔音及高能粒子捕獲等諸多領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，吸引了科研、生產(chǎn)、設(shè)計(jì)等領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，成為當(dāng)前材料科學(xué)的重點(diǎn)研究領(lǐng)域之一。
陶瓷氣凝膠因其超輕、耐火、耐腐蝕、耐高溫等特性，非常適合用作航空航天領(lǐng)域的隔熱材料。然而，由于其固有的脆性和高溫析晶行為，導(dǎo)致其在大的熱量梯度或者長(zhǎng)期的高溫暴露中表現(xiàn)出強(qiáng)度下降甚至結(jié)構(gòu)坍塌等嚴(yán)重問(wèn)題。因此，強(qiáng)大的力學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性是在極端條件下使用陶瓷氣凝膠實(shí)現(xiàn)可靠隔熱的重要前提。
近日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院李惠和徐翔教授在陶瓷氣凝膠隔熱領(lǐng)域取得重要研究成果。該研究成果報(bào)道了一種氣凝膠多尺度超結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制備方法，采用半晶質(zhì)（hypocrystalline）陶瓷材料設(shè)計(jì)結(jié)合zig-zag宏觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，賦予陶瓷氣凝膠近零泊松比（3.3×10-4）和近零熱膨脹（1.2×10-7/℃）的“雙零”反常規(guī)物理性質(zhì)，從而獲得了輕質(zhì)超柔韌、高熱穩(wěn)定性及高溫超隔熱等特性。
半晶質(zhì)雙零陶瓷氣凝膠超彈及高溫隔熱性能
同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新提出了一種“氣體湍流”輔助靜電紡絲直接制備三維納米纖維陶瓷氣凝膠的方法，拓展了傳統(tǒng)靜電紡絲制備二維膜材料的束縛，為實(shí)現(xiàn)材料的多尺度超結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、高性能、大規(guī)模及低成本制備提供了新思路和新方法。該材料彈性可恢復(fù)壓縮應(yīng)變高達(dá)95%，兼具優(yōu)異的拉伸（斷裂應(yīng)變>40%）和彎曲（彎曲應(yīng)變>90%）變形能力；1萬(wàn)次高頻劇烈熱震（約200℃/s）以及長(zhǎng)期高溫（>1000℃）有氧暴露下強(qiáng)度損失及體積收縮幾乎為零；此外，半晶質(zhì)陶瓷對(duì)碳展現(xiàn)了更強(qiáng)的包覆能力，提高了碳材料的高溫抗氧化性能，從而有效阻隔了高溫?zé)彷椛�，�?shí)現(xiàn)了“低密度”陶瓷氣凝膠目前最低高溫導(dǎo)熱系數(shù)（20mg/cm3、1000℃下小于100mW/mK），彌補(bǔ)了輕質(zhì)氣凝膠材料在高溫隔熱領(lǐng)域的短板。該材料同時(shí)具備電容式自感知特性，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)隔熱材料的結(jié)構(gòu)損傷，進(jìn)一步增強(qiáng)了熱控制系統(tǒng)的安全可靠性。
早在2019年，該團(tuán)隊(duì)與蘭州大學(xué)、美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校、加州大學(xué)伯克利分校等高校研究人員共同合成出米層狀結(jié)構(gòu)的雙曲線(xiàn)結(jié)構(gòu)陶瓷氣凝膠，該材料可以極大增強(qiáng)傳統(tǒng)陶瓷氣凝膠材料的各項(xiàng)性能。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-022-04784-0
參考來(lái)源：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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